纳米电子学电子科大PPT.ppt

  纳米电子学与 自旋电子学 陈勇 文歧业 电子科技大学 ;主要内容(纳米电子学部分);第一章 绪论;纳米技术将引发新的产业革命 第四次产业革命 ;纳米科学的内涵;环 境;能 源;生物、医药;新材料;H2原子和C纳米管;C纳米索线;C脚手架;纳米变阻箱;MgH2 块体;轨道状;Cu分形状;;Quantum Dots (量子点); 碳纳米管是由多个碳原子六方点阵的同轴圆柱面套构而成的空心小管，其中石墨层可以因卷曲方式不同而具有手性。碳纳米管的直径一般为几纳米至几十纳米，长度为几至几十微米。 碳纳米管可以因直径或手性的不同而呈现很好的金属导电性或半导体性。 ;具有极好的可弯折性;具有极好的可扭曲性;。;纳米技术;客观世界;纳米尺度;纳米材料的奇异特性; 4）特殊的力学性质：纳米陶瓷材料具有良好的韧性，纳米晶粒的金属要比原粗晶粒的金属硬3-5倍； 5）其它特殊的性质：超微颗粒还有其它的超导电性、介电性能、声学性能及化学性能； 3. 宏观量子隧道效应 1) 量子尺寸效应:介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒会呈现出反常的特性，称之为量子尺寸效应，如导电金属超微颗粒可以变成绝缘体，光谱线会产生向短波长方向移动； 2）宏观量子隧道效应：超微颗粒的一些物理量会显示出隧道效应，称为宏观量子隧道效应，如电路尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法工作。 ;什么是纳米科技？;“在针尖我们还有很大的空地”;纳米科技正是充分运用排列组合之妙的高新技术。就是在微观环境下，操纵原子、分子或原子团、分子团进行重新排列组合，使其形成人们所需要的功能各异的新物质的一种新技术。 当年，费曼曾幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。而纳米科技的诞生使费曼的幻想正在变为现实。 分子不变，分子的排列组合方式发生变化就会产生新的物质。同是碳分子C，因排列组合不同可以是硬度最高的金刚石（立方晶体），也可以构成很软的工业原料石墨（六方片状晶体）。在高温高压下让石墨的原子排列改变成立方晶体时，石墨就会发生质变成为金刚石。 ;原子确实是用肉眼无法看见的。这就需要借助仪器来开拓我们的视野。就在80年代初期，IBM公司在世界上第一次研制成功表面分析仪器——扫描隧道显微镜（STM），使人类第一次能够观察到单个原子或分子的排列状态。它给我们提供了对纳米结构进行测量和处理的“眼睛”。 那么用什么来操纵原子呢？也得借助仪器来延伸我们的双手，这就是——扫描探针。1990年，当IBM公司的科学家成功地用“扫描探针”把35个氙原子移动位置，按照人的意志组成了IBM三个字母的时候，人类终于可以搬动原子了。 ;纳米科技的重要意义;21世纪的微电子技术;微电子芯片科技前沿;未来的芯片;纳米科技的进展;神奇的 “摩尔定律” ;附图就是摩尔文章中所给出的预测图形，据此，摩尔明确预测， 1975年时集成电路上 的元件数将达到65 000。 果不其然，1975年64K RAM芯片问世，而所谓 64K的精确值正是65536， 即216。这使摩尔预言名 噪一时，并从此把它称为 摩尔定律。 ;Intel公司严格遵循的摩尔定律 ;摩尔定律指导下的不断细微化过程 ;;遵循摩尔定律”的基本角色 ;碳纳米管;奇特的物理性质 独特的半导体特性 极高的机械强度 极大的比表面 优异的吸附能力 ;横置于4根金电极上面的多重壁碳纳米管 ;一个由纳米线，量子点，以及典型的半导体砷化镓做基底的纳米器件。所谓量子点就是人工制造的由几十几百个原子构成的小块物质。; 右上图给出了一个单壁碳纳米管和三个Pt电极相连的AFM图像。半导体的Si衬底上用热方法生长了一层厚度为300nm的SiO2,Si衬底作为一个背面的栅极,如右下图所示。;科学家利用分子的组成部份建造出世界上最小的汽车.它有一个底、车轴和枢轴支承车轮是巴基球，即60个碳原子组成的球状结构。;第二章 、纳米结构制作技术 ;替代光学光刻的下一代光刻技术; 适用于纳米加工中的常规工艺;光刻的工艺流程; 4、曝光及显影：在曝过光的硅片表面的胶膜上显影出与掩膜版相同（正性光刻胶）或相反（负性光刻胶）的图形，显影后的硅片必须严格检查，以保证光刻的质量； 5、坚膜：使胶膜与硅片之间紧密粘附，防止胶层脱落，同时增强胶膜本身的抗蚀能力； 6、腐蚀：以坚膜后的光刻胶作为掩蔽层，对衬底进行干法或湿法腐蚀，使之得到与光刻胶膜图形相应的图形； 7、去胶：以干法或湿法去除光刻胶膜。;反应离子刻蚀（RIE）;反应离子刻蚀是离子增强化学刻蚀,主要包括化学刻蚀和物理溅射两个方面。 化学反应与物理反应相结合，产