微纳光学 ppt课件
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微纳光学资料
• 提高生物组织的成像质量和分辨率
• 实现生物组织和化学物质的检测和分析
微纳光学在量子信息领域的应用
量子计算
• 微纳量子光子器件：量子比特、量子逻辑门等
• 实现量子信息的处理和计算
量子通信
• 微纳量子光子器件：量子纠缠、量子密钥分发等
• 实现量子信息的传输和保密
05
微纳光学的未来发展趋势与挑战
微纳光学的发展趋势及其影响
• 投影式电子束曝光技术
电子束曝光技术在微纳光学元件制备中的应用
• 制作高分辨率的微纳光学元件图形结构
• 控制微纳光学元件的尺寸和形状
纳米压印技术在微纳光学元件制备中的应用
纳米压印技术在微纳光学元件制备中的应用
• 制作微纳光学元件的图形结构
• 控制微纳光学元件的尺寸和形状
纳米压印技术简介
• 利用模具在聚合物材料上进行压印的过程
• 摩擦磨损法
04
微纳光学的应用实例
微纳光学在通信领域的应用
光纤通信
• 微纳光纤元件：光纤透镜、光纤滤波器等
• 提高光纤通信的传输速率和容量
量子通信
• 微纳量子光子器件：量子点、量子阱等
• 实现量子信息的传输和处理
微纳光学在生物医学领域的应用
光学成像
光学传感
• 微纳光学透镜、光纤探针等
• 微纳光学传感器：生物传感器、化学传感器等
• 微纳光学元件的制备技术：提高精度、降低成本等
• 微纳光学元件的性能表征：发展新的测量方法、提高测量精度等
• 微纳光学的应用领域：拓展新的应用领域、提高应用水平等
技术挑战的解决方案
• 发展新的制备技术：电子束曝光技术、纳米压印技术等
• 发展新的性能表征方法：光谱仪法、原子力显微镜法等
微纳制造PPT
二、国内外微纳技术研究现状
纳米制造在工业应用上更少。究其原因，一方 面是因为我国工业底子薄，一些最适合应用到 微纳技术的领域如芯片、大规模集成电路、汽 车以及飞机发动机系统、高端制导系统等，核 心技术、核心装备并没有掌握在我们手里；另 一方面．我国的科研体系更倾向于能够产生市 场效益的工程研究，而对于短期无法看到效益 的基础研究支持力度不够，甚至有逐年下滑的 趋势：第三。微纳制造技术不只是加工方法的 问题，同样是制造装备的问题。高精密仪器设 备及高精度制造、测量技术也是制约我国微纳 技术发展的因素之一。
三、聚合物在微纳技术中的作用
3.在印刷复制技术中作用： (1)电子束和光照技术都是基于高分子材料光敏 化学作用，而印刷复制技术是一种物理成型 表面浮雕图案的方法，有高产量，低成本的 优势。 (2)成型方法：热压成型
三、聚合物在微纳技术中的作用
注塑成型：微注塑成型不仅仅是缩小模具尺 寸的问题，还有许多新问题。
四、微纳技术面临的问题
2.纳米制造的精度理论和体系、纳米结构的 物理性能和机械性能的表征、以及纳米器件 可制造性和可检测性的评价都是当前尚未解 决的难题或研究的热点问题。
一、微纳技术简介ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.微纳技术主要特征有：
（1）制造对象与过程涉及跨（纳/微）尺度；
（2）制造过程中界面/表面效应占主导作用；
（3）制造过程中原子/分子/行为及量子效应影 响显著；
（4）制造装备中微扰动的影响显著。
二、国内外微纳技术研究现状
1. 微纳加加工技术一般指微米、纳米级（ 1100nm) 的材料、设计、制造、测量、控制和产 品的研究、加工、制造以及应用术由于受到基 础装备、工艺技术、科研经费、行业基础等多 方面因素的影响。我国的微纳制造技术的研究 与世界先进水平之间尚有差距。 从制造角度来说，国内的微纳技术应用除了 在微电子技术、生命科学生物工程及材料应用 外，在机电工程领域如静电陀螺等精确制导系 统方面也有应用。但总体上来说，国内微纳制 造加工成熟度不高
《微纳米定位技术v》课件
发展前景与应用前景
展望微纳米定位技术v的 发展前景和广泛应用领域。
参考文献
技术特点
讨论微纳米定位技术v的独特 特点和创新之处。
平台介绍
介绍用于微纳米定位技术v的 实验平台和工具。
实验与应用案例
1
金纳米棒的定位与操作实验
展示金纳米棒定位和操控的实验步骤和结果。
2
生物细胞的定位与分析实验
演示将微纳米定位技术应用于生物细胞的定位和分析。
3
三维微纳米模板的制备和表征实验
介绍制备和表征微纳米模板的实验过程和结果。
未来发展方向
1 新材料与新技术的应用
2 微纳米定位与传感技术的结合
探索将新材料和新技术应用于微纳米定位 技术的前沿。
讨论微纳米定位技术与传感技术的融合和 应用潜力。Biblioteka 总结与展望现有技术的局限性
总结微纳米定位技术v相 对于现有技术的优势和改 进方向。
微纳米定位技术v的 优势
概述微纳米定位技术v的 独特优势和市场竞争力。
《微纳米定位技术v》PPT 课件
微纳米定位技术v PPT。本课件介绍微纳米尺度下的精确定位技术，探讨其应 用领域和意义。
背景介绍
微纳米尺度下的精确定位技术
探索微纳米尺度下的定位技术，解决其特殊挑战。
应用领域和意义
探讨微纳米定位技术在纳米电子、生物医学和光学等领域的应用意义。
现有方法分析
1 光学显微镜法
2 探针显微镜法
分析光学显微镜法在微纳米定位中的原理、 优点和局限性。
研究探针显微镜法在微纳米定位中的应用 和挑战。
3 声波探测法
4 磁力显微镜法
探索声波探测法在微纳米定位中的可行性 和限制。
微纳光纤PPT课件
2019/12/31
9
（4）微纳光纤的应用
（1）M-Z干涉仪
a）基于微纳光纤的MZI光学显微照片 （2）谐振器
b）不同的FSR的MZI传输谱
2019/12/结31 型knot微环谐振器
圈形loop微环谐振器
10
பைடு நூலகம்
（4）微纳光纤的应用
（3）耦合器
基于聚合物微纳光纤的各种耦合器的光学显微照片
a）2*2耦合器 b）4*4耦合器 c）6*6耦合器 d）8*8耦合器
2019/12/31
3
2、微纳光纤的特性及优点
微纳光纤的敏感特性
在光线直径为200nm时，光纤外部倐逝场占80%， 在光纤直径为400nm时，光纤外部倐逝场占30%。
在微纳光纤中，根据直径的不同，会有不同百分比的
光场在光纤之外以倏逝波的形式传播，这部分倏逝场将可
以感知外界环境某些参量的变化，就可以做成高灵敏度的
------用来感知光纤周围介质或通过外界参量对光纤传输特性进行调控
（2）波导色散大。------通过调控微纳光纤色散．可以降低激发光的功率阈
值、减小非线性相互作用长度等。
（3）非线性高。------可在较低的输入光功率下产生较强的非线性效应。 （4）倔强系数小。------便于拉伸制作。
易制备、结构简单、折射率均匀、传输损耗低、物化性能 稳定和机械强度高，以其卓越的性能成为未来光器件微型 化集成化的一种可供选择的基本单元。
（4）微纳光纤的应用
微纳光纤作为光波导具有以下独特的优点：具有极低的光纤 到器件再到光纤的耦合损耗，粗糙度极低的波导表面，高折射 率差的强限制光场，大百分比的倏逝场，极轻的质量及灵活的 色散特性。 利用微纳光纤的独特优势，研究者们已研制了各种基于微纳光 纤的无源光子器件，如耦合器、M-Z干涉仪、FP谐振器及微环 谐振器等；并且基于这些器件，在激光器、传感器、光信号处 理、原子操控等方面的应用也相继展开。
微纳ppt
如果要蒸发难熔金属，常常没有合用的电阻加热元件。一 种可以达到中等材料温度的方法是应用电感加热坩锅。
但是坩锅本身材料的玷污仍是一个严重问题。可以用只加热材料 而冷却坩锅的方法来避免这种影响，常用方法是电子束蒸发。
多组分薄膜
溅射简介
溅射是微电了制造中，不用蒸发而进行金属膜淀积的主要 替代方法。第一次发现溅射现象是在1852年，世纪20年
输运等决定。
溅射产额S是从靶上发出的靶原子数与射到靶上的离子数之 比。它由离子质量、离子能量、靶原子质量和靶的结晶性
决定。
对于不同材料，溅射产额与垂直入射氢离子的离子能量之 函数关系
溅射产额对角度的依赖性与靶材料及入射离子的能量密切 相关。
高密度等离子溅射
在等离矛体内加上一个磁场，使得电子绕磁力线方向作螺 旋运动。如果系统采用固定磁棒，此工艺称为磁控溅射。 轨道运动的半径由下式给出
离开坩锅的材料和堆积在圆片表面上材料的比值，这个比 例常数是从坩锅处看，圆片所对的总立体角部分 式中，R是坩锅表面与圆片 cos cos k 表面之距离，θ和Ф分别为左 R2 与坩锅表面法线和圆片表面法 线之间的夹角(见下图)。
为了得到好的均匀性，一种常用的方法是把柑锅和圆片放 在同一个球表面上（如上图左）此时
pe 3 10 T
12 23
1 2 H NKT
e
式中σ金属薄膜表面张力，N是阿佛加德罗常数，△Hv是蒸发 焓。
淀积速率
质量蒸发速率的表达式
RME
M pe 2 kT
如果所装材料全部熔化，通常可假定，对流和热传导将保 持整个坩锅内材料的温度近似为恒定。若同时假定坩锅开 口有恒定面积A，则有 M RML pe A 2 kT
微纳光学 PPT
光学步进器是一种图像缩小系统， 相干成像系统。
光学步进器
微纳光学结构制备方法
电子束纳米光刻技术
纳米压印光刻术
利用高聚焦电子束对电子敏
利用模具并通过机械方法使
感抗腐蚀剂表面的确定性扫描， 得某种柔软或液态材料（即抗
使用各种正性和负性抗腐蚀剂 蚀剂）变为模具表面图形的固
作为刻蚀模板。
态形式和复制阴模。
微纳光学
报告内容
• 微纳光学概念与研究方向 • 微纳光学结构制备方法 • 微纳光学器件应用及前景
微纳光学概念与研究方 向
微纳光学
微纳光学主要指微纳米尺度的光学效应，以及利用微纳米尺度的光学效应开发出光学器 件、系统及装置。它所研究的是在微纳尺度下光电子的运动传输特性、光电子与物质的相 互作用规律、相关的操控及其应用技术等。通过它我们希望实现在微纳尺度上，光波的发 射、传播、变换和接收。
微纳发光材料主要采用微纳颗粒作为发 光基质，包括纯的及掺杂的微纳半导体发 光材料，稀土离子及过度金属离子掺杂的 纳米氧化物、硫化物、复合氧化物、及各 种微纳无机盐发光材料等。微纳发光材料 主要用于各种微纳发光器件如微纳发光二 极管或微纳激光器的设计及制备，它可以 实现宏观块体材料所不具备的发光性质。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
微纳光学结构 器件
微纳光学结构技术是指通过在材料中引 入微纳光学结构，实现新型光学功能器件。 光子晶体就是规律性的三维微结构，其周 期远小于波长，形成光子禁带，通过引入 局部缺陷，控制光的传播与分束。
光栅可以看作是一维或者二维的光子晶 体，通过引入微纳结构可以实，光学超分辨技术、纳 米结构的光学制造、快速相变材料以及利用表面等离子体等纳米 光学技术等。在光通信、激光武器、大气污染检测等多种应用场 合，微纳米光学技术中都将发挥重要作用。借助纳米制造技术， 可以制造出一系列新型的光学元件，例如：偏振分光器件等。因 此，微纳光学器件在光存储、光显示、光通信等多个领域也具有 重要的应用前景。
微纳光学：什么是微纳光学？
微纳光学：什么是微纳光学？一、简介微纳光学是光学科学的一个重要领域，它主要研究微小尺寸下光的传输、操控和应用。
微纳光学所研究的对象可以是纳米级别的光学元件，例如纳米结构、量子点等等，也可以是微型光学器件，例如光纤、波导等等。
在微纳光学领域，人们利用微纳结构的光学性能制造出高分辨率的显微镜、高效率的光学存储器、高灵敏度的光电传感器等等，这些器件在生物医学、信息技术、光纤通信等领域都有广泛应用。
二、微纳光学的原理微纳光学的研究主要基于光的波粒二象性、光的相干性和传输特性，可以利用微纳结构改变光的传播方向、波长和极化状态，从而实现光的操控和运输。
微纳光学的基本原理包括以下几个方面：1. 纳米结构对光的精细调控纳米结构的制备与设计是实现微纳光学的重要手段，纳米结构可以精细控制光的位置、波长、方向和偏振方向等。
特别地，一些新型纳米结构，例如表面等离子体共振结构、光子晶体和金属纳米结构等，具有极强的电磁场增强效应，可以将光场增强至数千倍，实现微纳光学的超强场强效应。
2. 光的波动性微纳光学中的光学元件尺寸和光波长相当，因此光的波动性将会表现出一些奇特的现象。
例如，在金属纳米结构中，光的电磁场在纳米结构表面受到局部增强，这种电磁场效应称为表面等离子体共振（SPR）。
当入射光的波长和特定的纳米结构大小匹配时，SPR现象会被激发出来，产生局部的强电磁场，增强光与物质的相互作用，这为生物医学、光化学等领域应用提供了新思路。
3. 光的相干性和相位光的相干性和相位是微纳光学中实现光的干涉、衍射和成像的关键因素。
例如，在建立光学存储器时，需要光的干涉效应和波导中的衍射现象来控制光的传输和处理。
微纳光学器件的制造和优化需要对这些基本光学现象的深入理解。
三、微纳光学的应用微纳光学在生物医学、信息技术、光通信等领域有广泛应用，一些微纳光学应用的例子如下：1. 显微镜利用微纳结构可以制造出高分辨率的显微镜。
例如在“全息显微镜”中，利用光的干涉和衍射性质，将样品与参考光想叠加，得到类似于8字形的干涉纹，从而实现屏幕上样品的三维显微成像，可以将细小物体的结构和组织细节展现清晰。
第二章 微纳光学理论基础(1)
明确了倾斜因子，任意闭合面都可以作为衍射积分面， 计算远场衍射场实用。
平面角谱分析
波场的角谱表示法就是对光传播空间中任一 平面上的光场分布 通过傅里叶变换进行平面波分解，各个傅里叶分量看做 沿不同 方向传播的平面波，在任一 其他点上的复振幅是经过相移后的 平面波之和。
U ( x, y, z)
故有：
A ( P ) e
j ( P )
e
j
2
OPD
(P)
光程差或相位分布一般可用多项 式来拟合：
n ( x, y )
n
i
Ai , j x
i j
y
j
i 1 j 0
标量衍射系统空间模型
典型衍射系统： - I为光波入射空间：平面或球 面简谐波均匀波； - 衍射光学元件II为光透射空间: 入射光波振幅或相位受到微结 构调制，波前改变； - III为衍射空间： 透射光波传 播形成光强起伏的衍射图样， 非均匀波。
R R
是标量领域的一个精确方法，但是在z=0时，存在一个 奇点。
基于标量理论的衍射光学设计
• 衍射光学设计的基本问题是在在孔径A内找到适当的衍射光 学元件结构，使得目标平面上的输出光场满足所需要求。 • 实质是一个优化问题。优化设计方法有： 模拟退火算法、遗 传算法、GS算法、Y-G算法等。
矢量衍射理论基础
第二章 微纳光电子理论基础
参考：微光学与系统， 杨国光编著，浙大出版社
2.1 微纳结构光学理论概述
理论涉及领域
- 微纳光学主要设计尺寸在微米或纳米量级的器件以及尺寸在亚微米量 级或纳米量级的表面微纳结构。
- 当器件或微结构的尺寸接近入射波长或小于入射波长时，光进入共振 区（衍射区）。常规光学的标量理论已无法设计这类微光学器件，必须 采用光共振区的矢量理论进行设计。 - 涉及三个理论领域：
《微纳加工技术》课件
聚焦离子束技术
特点：精度高、可控性好、 可加工复杂结构
原理：利用高能量的离子束 轰击材料表面，形成微纳结 构
应用：微纳电子、微纳光学、 微纳机械等领域
发展趋势：与光刻技术相结 合，提高加工精度和效率
化学气相沉积技术
原理：通过化学反应在气相中形成 薄膜
应用：广泛应用于微电子、光电子 等领域
添加标题
热管理：微纳加工 技术用于制造高性 能的热管理设备， 如热交换器、散热 器等
06
微纳加工技术的挑战与 展望
微纳加工技术的挑战
精度要求高：需要达到纳 米级精度
材料选择困难：需要选择 适合微纳加工的材料
工艺复杂：需要掌握多种 微纳加工工艺
成本高昂：微纳加工设备 的研发和制造成本高
微纳加工技术的发展趋势
2004年，美国科学家查尔斯·利伯发明 纳米碳管，为纳米材料研究提供新方向
2010年，美国科学家乔治·怀特塞兹发 明石墨烯，为纳米电子学研究提供新领 域
03
微纳加工技术的基本原 理
微纳加工技术的物理基础
微纳加工技术的基本原理： 利用物理或化学方法，在微 米或纳米尺度上对材料进行 加工
物理基础：包括光学、电学、 磁学、热学等物理原理
微纳加工技术在生物医学 领域的应用
微纳加工技术在生物医学 领域的优势
微纳加工技术在生物医学 领域的挑战
微纳加工技术在生物医学 领域的未来发展趋势
能源领域的微纳加工技术应用
太阳能电池：微纳 加工技术用于提高 太阳能电池的效率 和稳定性
燃料电池：微纳加 工技术用于制造高 性能的燃料电池电 极
储能设备：微纳加 工技术用于制造高 性能的储能设备， 如超级电容器、锂 离子电池等
光纤传感器综述之微纳光纤ppt课件
美 CIDRA 和英 Sunart Fibers Ltd 等用于输油管线和海洋石 油
……
.
桥梁监测
武汉阳逻长江公路大桥长期安全. 监测系统
光纤传感器的军事用途
航天飞机X-33上温度，应变监测
美国宇航研究院光纤光栅自适应机翼 直升机旋翼的健康监测 比利时、日本、法国等用于核电站安全监测
双环串联型微环谐振器
卷型coil谐振器
帆型reef微环谐振器
利用MNF制作的传感器具有尺度小、灵敏度高、响应速度快等许多优 点，更可用于在许多特定场合下传感。对传统的传感器件质量有较大幅度 的提升。
目前已研制出的MNF传感器件可以对周围环境的折射率、温度、湿度、 加速度、纯净度（微粒多少）等等方面进行探测传感。
TIR-PCF 是通过全反射 原理来导光，与普通光 纤类似；
图1 TIR-PCF 折射率型光子晶体光纤 图2 PGB-PCF 带隙导光性型光子晶.体光纤
PBG-PCF则是通过光 子带隙效应导光，即把 光限制在光子晶体的缺
陷即空气孔中导光。
TIR-PCF 折射率型光子晶体光纤
PGB-PCF 带隙导光性型光子晶体光纤
图中，圆柱光纤内部为被约束的传导电磁场，外部为被约束在 光纤周围空气中的倏逝场 ，而光纤越细，倏逝波越强，敏感性越强 。
.
微纳光纤的损耗特性 MNF有极低的传输损耗、耦合损耗、弯曲损耗。
（1）由二步拉制法制作出来的MNF有 非常好的均匀性，近乎完美的 表质 量（达到原子量级），传输损耗最 低达到0.001db/mm。
它具有光纤及光学测量的特点。 ①电绝缘性能好。 ②抗电磁干扰能力强。 ③非侵入性。 ④高灵敏度。 ⑤容易实现对被测信号的远距离监控。
.
光是一种电磁波，其波长从极远红外的lmm到极远紫外 线 的10nm。它的物理作用和生物化学作用主要因其中的 电场而引起。因此，讨论光的敏感测量必须考虑光的电
……
.
桥梁监测
武汉阳逻长江公路大桥长期安全. 监测系统
光纤传感器的军事用途
航天飞机X-33上温度，应变监测
美国宇航研究院光纤光栅自适应机翼 直升机旋翼的健康监测 比利时、日本、法国等用于核电站安全监测
双环串联型微环谐振器
卷型coil谐振器
帆型reef微环谐振器
利用MNF制作的传感器具有尺度小、灵敏度高、响应速度快等许多优 点，更可用于在许多特定场合下传感。对传统的传感器件质量有较大幅度 的提升。
目前已研制出的MNF传感器件可以对周围环境的折射率、温度、湿度、 加速度、纯净度（微粒多少）等等方面进行探测传感。
TIR-PCF 是通过全反射 原理来导光，与普通光 纤类似；
图1 TIR-PCF 折射率型光子晶体光纤 图2 PGB-PCF 带隙导光性型光子晶.体光纤
PBG-PCF则是通过光 子带隙效应导光，即把 光限制在光子晶体的缺
陷即空气孔中导光。
TIR-PCF 折射率型光子晶体光纤
PGB-PCF 带隙导光性型光子晶体光纤
图中，圆柱光纤内部为被约束的传导电磁场，外部为被约束在 光纤周围空气中的倏逝场 ，而光纤越细，倏逝波越强，敏感性越强 。
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微纳光纤的损耗特性 MNF有极低的传输损耗、耦合损耗、弯曲损耗。
（1）由二步拉制法制作出来的MNF有 非常好的均匀性，近乎完美的 表质 量（达到原子量级），传输损耗最 低达到0.001db/mm。
它具有光纤及光学测量的特点。 ①电绝缘性能好。 ②抗电磁干扰能力强。 ③非侵入性。 ④高灵敏度。 ⑤容易实现对被测信号的远距离监控。
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光是一种电磁波，其波长从极远红外的lmm到极远紫外 线 的10nm。它的物理作用和生物化学作用主要因其中的 电场而引起。因此，讨论光的敏感测量必须考虑光的电
微纳电子材料与工艺PPT课件
用的太阳能。这是非晶硅材料最重要的特点，也
是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素。
2、非晶硅的禁带宽度比单晶硅大，随制备条件的不同约在 1.5-2.0eV的范围内变化，这
样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高。
3、制备非晶硅的工艺和设备简单，淀积温度低，时间短，
适于大批生产。
4、由于非晶硅没有晶体所要求的周期性原子排列，可以不考虑制备晶体所必须考虑的材
高的缺陷态密度，它们
提供了电子和空穴复合
的场所，所以，一般说，
非晶硅是不适于做电子
器件的。
第26页/共90页
Anderson晶格
势井的深度和分布
区域不规则
第27页/共90页
非晶硅的能带
非晶体
晶体
第28页/共90页
非晶硅的迁移率边缘
• 当电子态密度增加到一定数量的
时候，局域态会质变成扩展态，
电子便能自由的在非晶硅里迁移，
holes qi = e)
ni = concentration of the charge carrier
i = drift mobility of the charge carrier of species i
第65页/共90页
(a) Grain boundaries cause scattering of the eБайду номын сангаасectron and therefore add to the
such as Cu-Ni.
(a) Typical cooling curves
(b) The phase diagram marking
the regions of existence for the
是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素。
2、非晶硅的禁带宽度比单晶硅大，随制备条件的不同约在 1.5-2.0eV的范围内变化，这
样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高。
3、制备非晶硅的工艺和设备简单，淀积温度低，时间短，
适于大批生产。
4、由于非晶硅没有晶体所要求的周期性原子排列，可以不考虑制备晶体所必须考虑的材
高的缺陷态密度，它们
提供了电子和空穴复合
的场所，所以，一般说，
非晶硅是不适于做电子
器件的。
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Anderson晶格
势井的深度和分布
区域不规则
第27页/共90页
非晶硅的能带
非晶体
晶体
第28页/共90页
非晶硅的迁移率边缘
• 当电子态密度增加到一定数量的
时候，局域态会质变成扩展态，
电子便能自由的在非晶硅里迁移，
holes qi = e)
ni = concentration of the charge carrier
i = drift mobility of the charge carrier of species i
第65页/共90页
(a) Grain boundaries cause scattering of the eБайду номын сангаасectron and therefore add to the
such as Cu-Ni.
(a) Typical cooling curves
(b) The phase diagram marking
the regions of existence for the
《MEMS技术及其应用》课件
MEMS技术及其应用
欢迎来到《MEMS技术及其应用》PPT课件，我们将介绍MEMS技术的基本原 理和应用领域，以及其未来发展趋势。
什么是MEMS技术
MEMS技术是微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的简称。它是一种将微尺寸机械系统、电子 元器件和集成电路技术结合在一起的技术。 MEMS技术的发展历程经历了多年的研究和创新，目前已在许多领域得到广泛应用。 MEMS技术主要应用于传感器、执行器、生物医学、无线通信等领域，为现代科技带来了巨大的进步。
MEMS执行器的应用
MEMS执行器是一种能够通过控制电信号产生机械运动的微小器件，具有高精 度和高响应速度的特点。
MEMS执行器在光学、声学、微流控等领域发挥着重要作用，例如光学开关、 喷墨打印头和微型马达等。
MEMS执行器的典型应用还包括振动马达、微型阀门和微钳等，为各种微机电 系统提供动力和控制。
MEMS感器的应用
MEMS传感器是一种能够转换感知参数为电信号的微小器件，具有体积小、功 耗低和高灵敏度的特点。
MEMS传感器广泛应用于汽车、智能手机、医疗设备等领域，为实时监测、精 确测量和智能控制提供了关键支持。
典型的MEMS传感器应用包括加速度计、陀螺仪、压力传感器等，在自动驾驶、 健康监测等方面具有重要作用。
MEMS技术未来发展趋势
MEMS技术未来的发展方向包括更小尺寸、更低功耗、更高性能、更多功能的 微型器件和系统。
MEMS技术在人工智能、物联网、无人驾驶等领域具有极大的应用前景，将为 社会带来更多便利和创新。
随着MEMS技术的进一步发展，我们可以期待更多智能、高效和可靠的微型设 备的出现。
MEMS技术的基本原理
MEMS技术利用微纳加工艺制造微小的机械结构，并将其与电子元器件集成在一起，形成复杂的功能器件。
欢迎来到《MEMS技术及其应用》PPT课件，我们将介绍MEMS技术的基本原 理和应用领域，以及其未来发展趋势。
什么是MEMS技术
MEMS技术是微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的简称。它是一种将微尺寸机械系统、电子 元器件和集成电路技术结合在一起的技术。 MEMS技术的发展历程经历了多年的研究和创新，目前已在许多领域得到广泛应用。 MEMS技术主要应用于传感器、执行器、生物医学、无线通信等领域，为现代科技带来了巨大的进步。
MEMS执行器的应用
MEMS执行器是一种能够通过控制电信号产生机械运动的微小器件，具有高精 度和高响应速度的特点。
MEMS执行器在光学、声学、微流控等领域发挥着重要作用，例如光学开关、 喷墨打印头和微型马达等。
MEMS执行器的典型应用还包括振动马达、微型阀门和微钳等，为各种微机电 系统提供动力和控制。
MEMS感器的应用
MEMS传感器是一种能够转换感知参数为电信号的微小器件，具有体积小、功 耗低和高灵敏度的特点。
MEMS传感器广泛应用于汽车、智能手机、医疗设备等领域，为实时监测、精 确测量和智能控制提供了关键支持。
典型的MEMS传感器应用包括加速度计、陀螺仪、压力传感器等，在自动驾驶、 健康监测等方面具有重要作用。
MEMS技术未来发展趋势
MEMS技术未来的发展方向包括更小尺寸、更低功耗、更高性能、更多功能的 微型器件和系统。
MEMS技术在人工智能、物联网、无人驾驶等领域具有极大的应用前景，将为 社会带来更多便利和创新。
随着MEMS技术的进一步发展，我们可以期待更多智能、高效和可靠的微型设 备的出现。
MEMS技术的基本原理
MEMS技术利用微纳加工艺制造微小的机械结构，并将其与电子元器件集成在一起，形成复杂的功能器件。
芯片微纳制造技术PPT课件
1. 薄膜技术
物理气相沉积PVD——蒸发法
早期金属层全由蒸发法制备 现已逐渐被溅射法取代 无化学反应 peq.vap. =~ 10-3 Torr, 台阶覆盖能力差 合金金属成分难以控制
扩散泵、冷泵P< 1mTorr 可有4个坩锅，装入24片圆片
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1. 薄膜技术
物理气相沉积PVD——溅射法
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1. 薄膜技术
化学气相沉积CVD TiN Ti
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1. 薄膜技术
化学气相沉积CVD
适用范围广泛（绝缘膜、半导体膜等），是外延生长的基础
硅膜 外延硅、多晶硅、非晶硅
介质膜 氧化硅 氮化硅 氮氧化硅 磷硅玻璃PSG、BPSG
金属膜 W、Cu、Ti、TiN
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1. 薄膜技术
化学气相沉积CVD
CVD制备的薄膜及采用的前驱体
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1. 薄膜技术
化学气相沉积——AP-CVD
AP-CVD ：常压化学气相沉积（Atmospheric Pressure CVD）
▪ 最早的CVD工艺、反应器设计简单 ▪ APCVD发生在质量输运限制区域 ▪ 允许高的淀积速度, 1000A／min，一般用于厚膜沉积 ▪ APCVD的主要缺点是颗粒的形成
氧化膜、金属膜等
Al膜、Cu膜、Ti膜、 TiN膜、W膜 W膜、高温氧化膜 多结晶Si膜、Si3N4膜 SiO2膜、氮化膜、有机 膜 有机膜、SiO2膜 非晶态Si膜
SiO2氧化膜 SiO2膜
Cu膜、Ni膜、Au膜等
AP-CVD ：Atmospheric Pressure CVD P-CVD ：Plasma CVD HDP-CVD ：Hig. h Density Plasma CVD
外延Si 介质膜：场氧化、栅氧化膜、USG、BPSG、
光学微腔特性研究及其应用ppt课件
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光学微腔分类
➢依据工作介质不同 1.有源微腔：“有源”是指腔内的工作介质具有增益，这类微腔在外部光激
励或者电激励的时通过谐振腔的模式选择产生激光出射 2.无源微腔：“无源”指腔内工作介质无增益，这种微腔主要通过微腔的本征 光学模式选择对入射光进行调制，主要应用于信号处理中的滤波器、光开关、 或者传感器等。
普通谐振腔
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光学微腔
光学微腔的研究背景
集成光路包括光波的发射、传输、调制-解调、上载、下载、接收、存储、显 示等一系列的过程。近年来，随着微电子学的薄膜工艺提高,研究者们将微波理 论和激光技术相结合，采用微纳加工技术在各种均匀的光学材料中制备各种波长 尺度的结构来控制光信号的传播或产生新的物理效应，从而创造出新型光子学器 件。微腔型光电子器件正式基于此背景提出的。这类器件具有尺寸小、易于集成、 功耗低以及品质因子高等优点，在信号的发射、处理和传感等方面表现出很大的 前景，例如高性能光源，光存储器、光开关、密集波分复用系统(DWDM)的上下 载滤波器以及生化传感器等。除此之外，由于光学微腔可以在极小的空间内产生 巨大的光强，同时降低了腔内模式数目，影响腔内物质原子的自发福射特性，因 此在揭示物质世界本质的自然科学领域。
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回音壁式微腔制作流程图
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基片准备
第一步包括在基片表面不同成分或者厚度的功能膜层的生成，来得到所需要 的垂直方向结构。膜层的生成可根据选用材料的不同使用不同的膜层生成方式， 例如分子束外延(MBE)，化学或物理气相沉积，以及膜层粘接等等。具体如何选 择生成方式与所要得到的微谐振腔结构、材料以及要求的制造精度密切相关。例 如，半导体材料通常要使用几步连续的生长来得到垂直结构，而高分子聚合物层 只需要简单地涂敷在基片上即满足要求。
光学微腔分类
➢依据工作介质不同 1.有源微腔：“有源”是指腔内的工作介质具有增益，这类微腔在外部光激
励或者电激励的时通过谐振腔的模式选择产生激光出射 2.无源微腔：“无源”指腔内工作介质无增益，这种微腔主要通过微腔的本征 光学模式选择对入射光进行调制，主要应用于信号处理中的滤波器、光开关、 或者传感器等。
普通谐振腔
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光学微腔
光学微腔的研究背景
集成光路包括光波的发射、传输、调制-解调、上载、下载、接收、存储、显 示等一系列的过程。近年来，随着微电子学的薄膜工艺提高,研究者们将微波理 论和激光技术相结合，采用微纳加工技术在各种均匀的光学材料中制备各种波长 尺度的结构来控制光信号的传播或产生新的物理效应，从而创造出新型光子学器 件。微腔型光电子器件正式基于此背景提出的。这类器件具有尺寸小、易于集成、 功耗低以及品质因子高等优点，在信号的发射、处理和传感等方面表现出很大的 前景，例如高性能光源，光存储器、光开关、密集波分复用系统(DWDM)的上下 载滤波器以及生化传感器等。除此之外，由于光学微腔可以在极小的空间内产生 巨大的光强，同时降低了腔内模式数目，影响腔内物质原子的自发福射特性，因 此在揭示物质世界本质的自然科学领域。
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回音壁式微腔制作流程图
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基片准备
第一步包括在基片表面不同成分或者厚度的功能膜层的生成，来得到所需要 的垂直方向结构。膜层的生成可根据选用材料的不同使用不同的膜层生成方式， 例如分子束外延(MBE)，化学或物理气相沉积，以及膜层粘接等等。具体如何选 择生成方式与所要得到的微谐振腔结构、材料以及要求的制造精度密切相关。例 如，半导体材料通常要使用几步连续的生长来得到垂直结构，而高分子聚合物层 只需要简单地涂敷在基片上即满足要求。
什么是微纳光学？
什么是微纳光学？
微纳光学是利⽤微结构材料（micro-structure materials）作为光学元件的光学分⽀。
随着⽣长技术、精密加⼯技术的进步，其微结构的尺度已经下降的纳⽶量级，⽐如光学超晶格、级联量⼦阱等技术，微结构的尺⼨往往在⼏⼗、⼏百纳⽶量级，因此将包含微⽶、亚微⽶量级的精细结构的材料统称为微纳材料（micro / nano-structure），包含许许多多新的光学特性，这些“新”的光学规律是宏观上⽆法体现的。
近年来的表⾯等离基元、光学超晶格、集成光学、近场光学等进展，使得微纳光学在纳⽶尺度上有了更多的⽅向和应⽤，还有些负折射材料、突破衍射极限光学、光镊等等近年来最热门的研究，笼统地都属于微纳光学。
相关介绍：
⼈⼯微纳光学结构的设计、制作及应⽤：/2015/20150703565.html
(a)⼆元光学元件⽤于光束整形 (b)⼆元光学元件⽤于复杂曲⾯⼲涉检测
配备多⽅向深亚波长⾦属光栅偏振⽚的偏振成像系统及其偏振图像
光栅单元阵列及其光线追迹成像。
硅基微纳光电子器件(精品学术报告ppt)
谢谢聆听
结语通过以上分析可以发现硅基微纳光电子器件的性能相对于硅基光电子元件具有明显的优越性利用mems技术制作的可调谐激光器显示了独特优势体积小容易集成可调范围宽而且成本相对较低所以对硅基微纳光电子器件展开研究对推动通信等领域的发展具有重要的现实意义
硅基微纳光电子器件的研究
汇报人：XXX 学号：XXX
目录
本文针对硅基微纳光电子器件展开研究，以MEMS可调谐激光 器为例，讨论其各种类型与结构，及优势与缺陷，努力对其做 出更加全面的认识，探讨硅基微纳光电子器件的应用对于通信 等领域发展的现实意义。
2.不同类型的 MEMS可调谐激
光器
随着光通信网络的发展和扩大，对波长的要求也越来越多。如 果采用传统的固定波长的激光器分配给每个波长信道，不但需 要封装多个激光器，而且会大大增加光通信网络的成本及管理 的复杂化。由此引入了可调谐激光器，于是光通信网络成本可 以得到有效的降低，网络灵活性得到了扩展，可任意控制信道 波长，便于准确地控制频道间隔。
闭合的旋转光栅
（3）阵列集成的MEMS可调谐DFB激光器
扩大DFB激光器调谐范围的一种有效技术是通过将多个DFB谐振腔集成到一 个阵列中，就可扩大波长可调谐范围。Santur公司采用DFB激光器阵列技术， 将12个不同波长的DFB激光器阵列与透镜和简单的开关一起耦合，以便改变 器件的输出波长。下图为阵列集成的可调谐激光器简图。
闭合的圆形反射镜
（2） 基于闪耀光栅的MEMS可调谐激光器
基于闪耀光栅的MEMS可调谐激光器是采用深腐蚀的旋转闪耀光栅作为外反 射器，这种MEMS可调谐激光器的一个重要特点是涂覆光栅，而不是涂覆微 透镜。此外，通过微透镜的侧面阻挡激光。该光栅的闭合和旋转梳状驱动器 示于下图。该可调谐激光器以接近单纵模工作，通过选择适当的光栅参数解 决跳模问题。
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压模板（采用电子束直写制作） 压模板压印
压模光学结构制备方法
• 平面光子晶体
光子晶体（Photonic Crystal）可以控制光束传播， 并且能克服波导间的耦合增加， 以实现纳米级波导、路由与开 关
平面光子晶体制备方法
微纳光学器件应用及前景
微纳光学技术与应用交流会
微纳光波导材 料及器件
微纳光纤是微纳光波导材料的典型代表。 按照材料划分，微纳光纤可分为玻璃光纤 （包括石英系玻璃光纤光纤、卤化物玻璃 光纤及硫系玻璃光纤）、塑料光纤、晶体 光纤等。
纳光纤器件包括光纤无源器件（分为光 纤连接器、光纤耦合器、光隔离器、光波 分复用器和解复用器、光开关、光衰减器、 光纤光栅、光纤滤波器等）、光纤激光器、
微纳光探测材 料及器件
微纳光探测器件用于实现光信号的转换 和检测，是光电信息系统的关键环节和技 术，主要包括光敏电阻、电二极管、光电 池等器件。光敏电阻的主要材料包括微纳 尺度的金属硫化物、硒化物和碲化物等。 光电二极管的主要材料包括微纳尺度的硒、 硅、锗等。光电池的材料主要包括微纳尺 度的单晶硅、非晶硅、化合物、多晶硅等。
光学步进器是一种图像缩小系统， 相干成像系统。
光学步进器
微纳光学结构制备方法
• 电子束纳米光刻技术
• 纳米压印光刻术
利用高聚焦电子束对电子敏
利用模具并通过机械方法使
感抗腐蚀剂表面的确定性扫描， 得某种柔软或液态材料（即抗
使用各种正性和负性抗腐蚀剂 蚀剂）变为模具表面图形的固
作为刻蚀模板。
态形式和复制阴模。
微纳光学不仅是光电子产业的重要发展方向之一，也是目前光学领域的前沿研究方向。 微纳光学的发展随着大规模集成电路工艺水平的进步而发展，光存储、光通信、光显示、 激光器和激光材料等多个光电子产业都进入了微纳米光学领域，并且影响到了整个光学及 其其他学科的进步。
主流的微纳光学研究方向
微纳发光材料 和器材
微纳光学的学习报告
报告人：吕超
报告内容
• 微纳光学概念与研究方向 • 微纳光学结构制备方法 • 微纳光学器件应用及前景
微纳光学概念与研究方向
微纳光学
微纳光学主要指微纳米尺度的光学效应，以及利用微纳米尺度的光学效应开发出光学器 件、系统及装置。它所研究的是在微纳尺度下光电子的运动传输特性、光电子与物质的相 互作用规律、相关的操控及其应用技术等。通过它我们希望实现在微纳尺度上，光波的发 射、传播、变换和接收。
微纳光学结构 器件
微纳光学结构技术是指通过在材料中引 入微纳光学结构，实现新型光学功能器件。 光子晶体就是规律性的三维微结构，其周 期远小于波长，形成光子禁带，通过引入 局部缺陷，控制光的传播与分束。
光栅可以看作是一维或者二维的光子晶 体，通过引入微纳结构可以实现新的光学
性能。
微纳光学结构制备方法
微纳发光材料主要采用微纳颗粒作为发 光基质，包括纯的及掺杂的微纳半导体发 光材料，稀土离子及过度金属离子掺杂的 纳米氧化物、硫化物、复合氧化物、及各 种微纳无机盐发光材料等。微纳发光材料 主要用于各种微纳发光器件如微纳发光二 极管或微纳激光器的设计及制备，它可以 实现宏观块体材料所不具备的发光性质。
微纳光学结构制备方法
• 微光学等离子体刻蚀加工技术
• 相位光栅掩模板的模拟光刻技术
利用灰度加工技术完成图形成形 和等离子刻蚀，再将图形轮廓转印 到基板中。
光束通过相位光栅掩模板，GCA步 进器，形成模拟光强轮廓，对光致 腐蚀剂正确曝光和显影。
灰度光刻术是，制造出一种光掩 模，使得透射通过该掩模的光辐射 强度随空间位置变化。