微纳电子材料与器件知识讲解
微纳电子器件3-3(总第十一次课)
Salicidation （硅化物沉积）
25
作业7
1. 解释下列名词： 多晶硅栅电极中的多晶硅耗尽效应
复习题（不用交）
1. 了解栅工程：金属栅（Silicide），高k栅绝缘层 2. 了解超浅结（USJ）
26
增益b
（复习）栅极氧化层减薄的限制
• 栅极氧化层减薄带来的不良后果：
– 泄漏电流: 增加功耗，器件特性劣化 – 可靠性：器件失效，影响寿命 – 多晶硅栅耗尽和反型层量子化：栅电容下降，
有效氧化层厚度增加
6
场效应晶体管技术和工艺的发展趋势 (Intel)
回顾
7
（复习）
1975，金属栅极NMOS
1980，CMOS with self-aligned（复习） poly-Si gate
1
第三章 硅基纳米CMOS器件技术
本章内容
1、MOSFET的演变（历史） 2、亚微米、 深亚微米MOS器件（85’-） 3、新型MOS器件（00’-） 4、SiP与3D集成（10’-）
2
2、亚微米、 深亚微米MOS管器件
• 漏工程
– LDD，FOND
• 沟道工程
– Halo，逆向掺杂（retrograde）结构
• 栅工程
– 金属栅（Silicide），高k栅绝缘层（MGHK）
• 超浅结（USJ）
（3）栅工程
• 优化栅材料和栅结构，以克服短 沟道效应
• 分两部分
– 栅电极
• 导电率，功函数
– 栅介质层
• 介电常数 • 厚度
3
栅极材料的要求
• 栅极材料的一般要求：
– 电阻率低 – 合适的功函数 – 热稳定性 – 机械和化学稳定性 – 与栅介质层附着力
信息功能材料与器件专业介绍
开设的主要专业课程：材料热力学、固体材料学、器件物理、纳米电子学、信息存储与显示、计算物理、扫描隧道显微学、薄膜物理与技术、高等结构分析、固体电子谱与离子谱等。
21世纪是以信息产业为核心的知识经济时代。
随着信息技术向数字化、网络化的迅速发展，超大容量信息传输、超快实时信息处理和超高密度信息存储已成为信息技术追求的目标。
信息的载体正由电子向光电子结合和光子方向发展；与此相应，信息材料也从体材料发展到薄层、超薄层微结构材料，并正向光电信息功能集成芯片和有机／无机复合材料以及纳米结构材料方向发展。
历史发展表明，信息功能材料是信息技术发展的基础和先导；没有硅材料和硅集成芯片的问世，就不会有今天微电子技术；没有光学纤维材料的发明，砷化镓材料的突破，超晶格、量子阱材料的研制成功，以及半导体激光器和超高速器件的发展，就不会有今天先进的光通信、移动通信和数字化高速信息网络技术；可以预料，基于量子效应的纳米信息功能材料的发展和应用，人类必将进入一个变幻莫测、奇妙无比的量子世界，必将彻底地改变世界政治、经济格局和军事对抗形式，也将对人类的生产和生活方式产生深远的影响。
信息功能材料与器件是一个科学内涵极丰富、创新性极强、应用前景极广阔、社会经济效益巨大的领域，极有可能触发新的信息技术革命。
建议将下述关键信息功能材料与器件研发内容，列入国家中长期科学与技术发展规划，给以重点支持，符合国家长远利益和国家发展战略。
（1）微纳电子材料和器件：微纳电子材料和器件是信息产业的基础和核心，它的发展对带动我国相关产业实现技术跨越，提升我国经济和产业的国际竞争力，实现我国经济社会的可持续发展和保障国家安全等都有着不可替代的作用。
研究内容主要包括：ULSI用12－18英寸硅晶片和外延材料，SOI材料，高K和低K介质，金属互连，框架、封装材料以及基于纳米特征尺度的超大规模集成电路设计和集成芯片制造技术等。
（2）光电子材料与器件：光电子材料和器件是光通信、移动通信和高速信息网络的基础，它的发展和应用将极大地提高人民的生活质量，并对保障国家安全，提升我国高技术产业的国际竞争力具有至关重要作用。
微纳电子材料与器件
微纳电子材料与器件
微纳电子材料是指具有微米量级的物理尺寸的电子材料，例如金属、
半导体、玻璃等材料，它们可以用于制造各种电子器件。
这种电子材料的
特性是其尺寸极小且表面结构变化非常明显，使其应用范围可以大大扩展，并可以用来制造出更加复杂的电子器件。
微纳电子器件是以微纳电子材料为基础构建起来的小型及超小型的电
子器件。
它们的特点是具有微米量级的尺寸和超高的性能，可以实现更先
进的电子操作功能，并且有效地减少电子器件的体积和重量，从而可以在
更小的空间和更轻的重量内实现更多的功能。
此外，它们还可以更有效地
进行电子信息处理，得到更快的信息处理速度和更高的效率，从而大大提
高信息处理的速度和效率。
微纳电子器件的发展有助于推动电子技术的发展，它们可以替代传统
的电子材料和器件，实现更小巧、更高性能、更高效率的电子器件，因而
可以大大提高生产力和效率，进而可以更好地满足用户的需求。
微纳电子器件的应用领域也十分广泛。
电子学中的微电子器件和纳电子学
电子学中的微电子器件和纳电子学在当今电子技术飞速发展的时代，微电子器件和纳电子学是电子学领域中备受瞩目的研究方向。
它们不仅具有广泛的应用前景，而且可以为我们提供更灵活、更高效、更小巧的电子设备和系统。
本文将从微电子器件和纳电子学两个方面来介绍它们的基本概念、研究进展及应用前景。
微电子器件是指尺寸在微米级别的电子器件。
它主要应用于集成电路、传感器、激光器、光纤通信等领域，具有体积小、速度快、功耗低等优点。
其中最具代表性的就是集成电路。
作为计算机、手机等电子产品核心的集成电路，其重要性可想而知。
随着电子技术的不断进步，集成电路的制造工艺也在不断更新。
现在常用的工艺是CMOS工艺（互补金属-氧化物半导体），它能够制造出集成度更高、功耗更低的芯片。
此外，随着信息时代的来临，传感器在民用、工业、医疗等领域的应用也越来越广泛，这也使得微电子器件在未来的发展中将有更为广泛的应用前景。
而纳电子学则是指研究纳米级别下材料的电子性质和应用的学科。
与微电子器件相比，纳电子学的尺寸更小，结构更复杂，涉及到的物理和化学现象也更为微妙。
其中的纳米材料，如纳米线、纳米管、纳米颗粒等，可以在光电、磁电、荧光、热学等多个领域中发挥独特的性能。
以染料敏化太阳能电池为例，其关键组件就是纳米级的二氧化钛薄膜，它能够吸收太阳光，并将其转换为电能，使得太阳能电池具有更高的转换效率。
在生物医学领域，纳米材料也受到了广泛的关注，例如通过包覆纳米颗粒的方式，可以改善药物的生物分布和毒副作用，实现精准治疗。
在微电子器件和纳电子学的研究中，材料的制备是非常重要的一环。
传统材料制备工艺大多采用物理或化学手段，但在微型尺度下，这些工艺已经不再适用。
因此，研究人员就开始尝试新的制备方法。
近年来，利用生物、化学、物理等交叉学科的知识，在微电子器件和纳电子学领域出现了一些新的材料制备技术，如DNA自组装、容量耦合、微流控等。
这些技术使得微电子器件和纳电子学的研究更加多样化和创新性。
微纳电子器件的制备及性质研究
微纳电子器件的制备及性质研究一、介绍微纳电子器件微纳电子器件是指尺寸在微米甚至纳米级别的电子器件。
由于其尺寸小、功耗低、速度快、密度高等特点，被越来越广泛地应用于各类电子设备中，例如智能手机、电脑、网络等。
因此，微纳电子器件的制备及性质研究备受关注。
二、微纳电子器件的制备方法1.纳米雕刻法纳米雕刻法是将非平面或平面的硅片表面通过化学和物理反应方式进行加工，以形成纳米级别的结构。
这种方法可以取得高精确度、光滑表面、低成本，适用于各种微电子器件的制备。
2.光刻法光刻法是将光敏树脂涂覆在硅片表面，利用掩膜、光刻机等设备对光敏树脂进行局部照射，并用化学反应去除未暴露的部分来制作器件。
这种方法适用于制备细线路、超高分辨率的微型器件。
3.离子束刻蚀法离子束刻蚀法是将离子注入精确控制的区域，以制备细小结构。
该方法可精确地刻画像金属线、金属阻抗器、微芯片等微型器件。
4.分子束外延法分子束外延法是一种特殊的蒸发方法，其核心是利用气相淀积，控制化学反应和多种氧化物的表面平衡来生成微电子器件。
常用于制备集成电路等设备。
三、微纳电子器件的性质研究1. 器件性能测试在微纳电子器件的研究中，需要对其进行全面性能测试。
例如，必须测试器件的电荷传输、感应等性能；通过内部结构和工艺参数的分析，验证其实际工作效果是否符合要求。
2. 构建自组装器件自组装是通过液滴等小分子自组装来建筑微年代器件。
例如，可以利用自组装法制造纳米线、纳米槽、纳米钉等各种微观尺度结构器件。
3. 研发新型材料微纳电子器件的性能取决于材料使用。
因此，进一步研发新型的半导体材料、纳米材料等，对于微纳电子器件的发展至关重要。
例如，磁性材料可以用于制备非插入式磁性储存器、磁性量子比特等器件。
4. 模拟器件性质除了实际测试微纳电子器件性能外，还需要利用模拟器件进行性质模拟和预测。
这会让研究者更深入地了解器件的性质和问题，为更好地解决设计和制造方面的挑战提供有益的信息。
大一微电子学概论知识点
大一微电子学概论知识点微电子学是研究微型电子器件和电路的学科，是现代电子技术中的重要组成部分。
本文将介绍大一微电子学概论中的一些重要知识点，帮助读者快速了解该学科的基础内容。
一、半导体材料半导体材料是微电子学研究中的基础。
常见的半导体材料有硅和锗，其特点是导电性介于导体和绝缘体之间。
在半导体材料中，电子的能级分布对电子行为和电路性能起到重要影响。
当外界施加一定电压或热能时，半导体材料的导电性会发生改变，进而实现电子器件的控制和操作。
二、PN 结和二极管PN 结是由P 型半导体和N 型半导体直接接触形成的结构。
当两者接触时，PN 结会形成一个带电的耗尽区域，导致电子和空穴的扩散和漂移。
二极管是由PN 结构成的最简单的电子器件，具有只允许单向电流通过的特性。
在正向偏置时，二极管导通，电流通过；在反向偏置时，二极管截止，电流不能通过。
二极管在电子电路中广泛应用于整流、限流等基本功能。
三、晶体管晶体管是一种由三层或四层半导体材料组成的电子器件。
常见的有NPN 和PNP 两种类型。
晶体管具有放大电流和控制电路的作用。
在电子电路中，晶体管通常用作电压放大器和开关，广泛应用于无线通信、计算机和电子设备中。
四、场效应管场效应管是一种半导体器件，根据电场的作用调节电流。
常见的场效应管有MOSFET 和JFET 两种类型。
MOSFET 是现代集成电路中最常用的器件之一，具有功率小、速度快、噪音低等优点。
场效应管在电子产品中扮演着重要的角色，如放大器、开关、模拟电路等。
五、数字逻辑门数字逻辑门是由逻辑功能的电路元件组成的电子器件。
常见的逻辑门有与门、或门、非门等。
逻辑门能够通过逻辑电平的输入和输出实现基本的逻辑运算，用于数字电路中的计算和控制。
它们是计算机和数字电子设备中最基本的组成部分。
六、集成电路集成电路是在单个芯片上集成了大量电子器件和电路的电子元件。
根据集成度的不同，可以分为小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）和大规模集成电路（LSI）等。
微纳电子器件3-1(总第九次课)
微纳电子器件陈 军课程内容简介• 微纳电子器件发展1. 2. 3. MEMS/NEMS器件 柔性微纳电子器件 真空微纳电子器件1. 硅基CMOS器件 的发展 2. 小尺寸硅基 CMOS器件面临 的问题 3. 硅基纳米CMOS 器件技术 1. 碳纳米管和纳米线器件 2. 石墨烯纳米电子器件 3. 其它新型纳电子器件1答 疑• 动态功耗与短路功耗区别 • DRAM芯片面积为什么要增大？ • 冗余技术如何实现？第三章 硅基纳米CMOS器件技术2小尺寸MOS器件的物理效应• 栅氧化层减薄的限制 • 短沟道效应（SCE） • DIBL效应与源漏穿通及次开启 • 热载流子效应（HCE） • 栅感应漏极漏电（GIDL） • 源漏区串联电阻的影响 • 迁移率的退化和漂移速度饱和 • 量子效应的影响 • 杂质随机分布的影响: discrete effects • 软失效 • ……………..器件尺寸缩小造成的副效应分类• 一类是灾难性的，即影响器件的功能和可靠性• Heat death • 热载流子效应 • 软失效效应• 一类是尺寸缩小并不能改善VLSI的性能，而是起 反作用• 连线RC延迟 • 单个器件的性能下降– 载流子速度饱和 – S/D的串联电阻63Economics: factory cost also follows Moore’s law!Limits4如何解决器件缩小受到的限制？ 如何集成更多的器件？解决方案• 器件层面– 新材料，新结构，新工艺• 芯片系统层面– MCM（多芯片组装） – 多核（Multicore MPU） – SiP（System in Package） – 3D-IC（三维集成）• 相关问题：散热：微流体5解决方案• 器件层面– 新材料，新结构，新工艺• 芯片系统层面– MCM（多芯片组装） – 多核（Multicore MPU） – SiP（System in Package） – 3D-IC（三维集成）• 相关问题：散热：微流体新材料与新结构举例• 新材料– new channel materials: strained Si, Si/SiGe heterostructures – new gate insulators: high-K dielectric, such as HfO – new gate conductors: metal gate, such as fully silicided gate（FUSI）• 新器件结构– SOI, double gate, trigate （FInFET、nanowire）6场效应晶体管技术和工艺的发展举例 (Intel)从第二节起仔 细介绍解决方案• 器件层面– 新材料，新结构，新工艺• 芯片系统层面– MCM（多芯片组装） – 多核（Multicore MPU） – SiP（System in Package） – 3D-IC（三维集成）• 相关问题：散热（微流体）7Nature 2016.2.11本章内容1、MOSFET的演变（历史） 2、亚微米、 深亚微米MOS器件（85’-） 3、新型MOS器件（00’-） 4、SiP与3D集成（10’-）81、MOSFET的演变（历史）• 先了解发展的总体picture70年代早期，金属栅极PMOS•From MIT课件91975，金属栅极NMOS1980，CMOS with self-aligned poly-Si gateGate-first101985，Lightly-doped drainMOSFET (LDD-MOSFET) Silicide(self-aligned silicide)MOSFETMOSFET with p-pocket or haloimplantsSub-0.1 μm MOSFETNew device architecture: Silicon-on-Insulator (SOI)AFigure 25.1.1 in: Shahidi, G.G., et al. “Partially-depleted SOI Technology for Digital Logic.” International Solid-State Circuits Conference, San Francisco, CA, Feb. 15-17, 1999. Digest of Technical Papers. New York, NY: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1999, pp. 426-427New device architecture:Dual-gate MOSFETFigure 26&29 in Taur, Y., et al. "CMOS Scaling into the Nanometer Regime."Proceedings of the IEEE 85, no. 4 (1997): 486-504Intel’s current (public) view ofMOSFET scaling...Chau, R., et.al. “Advanced CMOS Transistors in the Nanotechnology Era for High-Performance, Low-Power Logic Applications.” In Proceedings of the 7th International Conference on Solid-State and Integrated Circuit Technology. Beijing, China: IEEE Press, 2004, pp. 26-30.Key conclusions•MOSFET scaling has taken place in a harmonious way with。
12.从微电子器件到纳电子器件PPT课件
微光刻与微纳技术历程和发展趋势
建设一家
光 刻 工 艺 特 征 尺 寸
8.0 um 5.0 um3〞 3.0 um 4〞
45nm技术节点、12英寸
3〞
集成电路制造厂 30-35亿美圆
2.0 um
4〞
1.3 um
16G
0.8 um 0.5 um 0.35um 0.25um 0.18um 0.13um 90 nm 65 nm 45 nm 32 nm 22 nm
1
电子
0
开关一次只要几个电子
•电
子
s
gd
电子自由程与器件的物理长度相比拟
纳电子器件的主要特征
纳电子器件的元件尺寸的与物理长度相比拟，失去了统计平均 性，以量子效应和统计涨落为主要特性，与信息加工有关的量 子系统主要有以下几个基本特性：
• 叠加性 (superposition) • 相干性 (interference) • 牵连性 (entanglement)：一个系统的某个定义态与它的部分
态的牵扯 • 不确定性 (uncertainty): 即使没有干扰，也不能准确知道一
个量子态是否被占据
纳电子器件中的四个基本现象 G
• 电导量子化：即电导或电阻是 量子化的，不再遵循欧姆定律 电导量子化 V
• 库仑堵塞现象：导体中纳米隙小于电子自由程时，会发生电 子隧穿，而隧穿前后隙两侧的电位发生变化。 I
2. DNA 生物计算机： DNA分子上包含大量的遗传密码，它能 通过生化反应来传递信息，这些密码可以被看成是数据。 DNA 计算机是通过控制DNA分子之间的生化反应来完成计算，反应 前的基因代码可作为输入数据，反应后的基因代码可作为运算 结果，反应在瞬间完成，也意味着计算可以在瞬间完成。
微纳电子技术的材料与技术
微纳电子技术的材料与技术微纳电子技术是指电子元器件的微观尺度制造和集成技术。
微纳电子技术可以制造出尺寸小、功耗低、速度快、可靠性高的芯片，广泛应用于电子计算、通信、娱乐等领域。
微纳电子技术的材料：在微纳电子技术中，需要用到的材料有：1、硅(Si)：硅是微纳电子技术中最重要的材料，可以制造出电子元器件中的晶体管、集成电路等。
2、氮化硅(SiNx)：氮化硅用于封装半导体器件。
氮化硅有很好的抗氧化性能，可以保护器件不受环境中氧化等气体的侵蚀。
3、二氧化硅(SiO2)：二氧化硅用于制造晶体管中的栅氧化物。
栅氧化物是晶体管中非常重要的一个组成部分，用于控制晶体管的开启或关闭状态。
4、铜(Cu)：铜用于制造金属线路。
在微观尺度下，铜的电阻率很低，可以保证电子器件通电时电流的畅通。
5、铝(Al)：铝用于制造电容器等元器件中的电极。
铝有很好的附着性和导电性，可以保证电容器等元器件的正常工作。
微纳电子技术的制造工艺：微纳电子技术的制造工艺包括以下过程：1、晶圆制作：晶圆制作是微纳电子技术中的关键制造技术。
晶圆制作是利用半导体材料如硅制造芯片的过程。
在晶圆制作的过程中，需要采用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等技术将不同材料制成膜。
晶圆制作过程中所需要的化学药品、气体等材料的准确控制非常重要。
2、光刻技术：光刻技术是利用光的反射和折射原理制作芯片图案的过程。
在光刻技术中，需要使用掩模板，通过UV光照射达到对芯片进行曝光。
光刻技术的高分辨率和精度要求对掩模板和系统进行高度精细设计，这对于芯片的制造起到非常重要的作用。
3、薄膜技术：薄膜技术是用于进行材料制备和表面修饰的技术。
薄膜技术是通过物理气相沉积、原子层沉积(ALD)、离子束沉积(IBD)等技术进行的。
薄膜技术可以在制作芯片中进行修复或者添加功能层。
4、电镀技术：电镀技术是利用电化学原理进行的表面加工技术。
电镀技术可以用来制作导电线路、电极、电容器等元器件。
第八章微纳光电材料及器件
第八章微纳光电材料及器件光电材料是指那些能够具备与光电效应相关的性质和特征的材料，其在光电器件中扮演着重要的角色。
微纳光电材料和器件则是指那些在微纳尺度下制备的，具有微纳特性的光电材料和器件。
微纳光电材料在光电器件中具有广泛的应用前景。
首先，微纳尺度下材料的特性会发生很大的变化，例如量子尺寸效应、表面等离子共振等，这些特性使得微纳光电材料在光电器件中表现出优异的光电性能。
其次，微纳制备技术的进步，使得光电器件能够在更小的尺度下制备和集成，从而提高了器件的性能和功能。
因此，研究微纳光电材料和器件已经成为了当前光电领域的热点之一微纳光电材料的研究重点主要分为两个方面：一是改善光电转换效率和性能，二是实现新型的光电效应和器件。
在改善光电转换效率方面，研究人员主要通过改变材料的结构和成分来提高光电器件的效率，例如通过表面修饰来增加光吸收和光散射效果，通过界面调控来提高载流子的传输效率。
在实现新型的光电效应和器件方面，研究人员主要通过设计和制备新型的材料结构和器件结构来实现，例如通过表面纳米结构来实现超表面效应，通过光子晶体结构来实现各向异性光子调控效应。
微纳光电材料的制备主要分为两个步骤：一是微纳尺度下材料的制备，二是微纳尺度下光电器件的制备。
微纳尺度下材料的制备主要通过纳米粒子的控制合成、薄膜的制备和加工等方法来实现。
微纳尺度下光电器件的制备则主要通过纳米加工技术、微纳电子学技术和光子学技术等方法来实现。
微纳光电器件具有多种应用。
例如，在光电探测领域，微纳光电器件可以用于制备高灵敏度和高速度的光电探测器，用于光通信和光电计算等领域。
在太阳能电池领域，微纳光电器件可以用于制备高效和可弯曲的太阳能电池，用于太阳能转化和储存等领域。
在光信息处理领域，微纳光电器件可以用于制备高效和紧凑的光学器件，用于光信息的传输和处理等领域。
总之，微纳光电材料及器件是当前光电领域的研究热点之一，其在改善光电转换效率和实现新型的光电效应和器件方面具有广阔的应用前景。
微纳电子材料与器件
上海大学2013 ～2014学年冬季学期研究生课程考试课程名称：微纳电子材料与器件课程编号： 10SAZ9002 论文题目：分子导线、分子开关研究生姓名: 葛升学号: 13721557 论文评语:成绩: 任课教师: 沈悦评阅日期:注：后接研究生小论文，格式参照公开发表论文的样式。
分子导线、分子开关摘要：器元件的尺寸不断的缩小，随着大规模集成电路向超大规模集成电路进发，就必须采取与传统工艺截然要解决这些问题，件工艺开始面临各种各样的限制。
而其中一种备受关注的就是从原从而实现器件尺寸的进一步减小。
不同的思路，子分子系统出发，制造出分子电子器件，通过原子分子的组装实现器件的集成，本文就分子导线和分子开关展分子计算机等。
从而制备出分子电路、分子开关、其中包括生物分子开关的应工作原理以及实现方法。
开讲述，具体介绍其分类、用和利用分子开关构造二进制逻辑单元等。
关键词：超大规模集成电路、分子导线、分子开关、逻辑单元Abstract:With large scale integrated circuit marching to very large scale integration(VLSI), the size of components constantly shrinking, and device technology began to face a variety of constraints. To solve these problems, we must take very different ideas with the traditional process to achieve further reduce the size of the device. The one concern way is that creating a molecular electronic devices start from the atomic and molecular systems and devices to achieve integration by assembling atoms and molecules. Thereby preparing a molecular circuit, molecular switches and molecular computers. In this paper, we will introduce the classification, working principle and implementation methods of molecular wires and molecular switches. Including the biomolecules switching applications and using molecular switch construct a binary logic unit.Keyword: VLSI, Molecular wires, Molecular switches, Logic unit1.引言在大规模集成电路向超大规模集成电路进发的过程中，摩尔定律指出硅片上集成的元件数目每隔18个月将增加1倍，元件的尺寸也会不断的缩小，按照这一定律，器件的几何尺寸将在2015年左右达到纳米量级。
微纳光电材料及器件
(a)普通光纤, (b)-(c)光子晶体光纤
利用包层对一定波长 的光形成光子能隙， 光波只能在芯层形成 的缺陷中存在和传播。 能量传输基本无损失， 也不会出现延迟等影 响数据传输率的现象。 光子晶体制成的光纤 具有极宽的传输频带， 可全波段传输。
两年之后，Yablonovitch等人 卷土重来， 这回他们调整制作方式， 在块材上沿三个夹120度角的轴钻洞， 如此得到的fcc晶格含有非球形的 “原子”(如右图)， 终于打破了对 称的束缚，在微波波段获得真正的 绝对能隙，证实该系统为一个光子 绝缘体(photonic insulator)。
第一个具有绝对能 隙的光子晶体，及 其经过特别设计的 制作方式
科学家们在假设 光子也可以具有类 似于电子在普通晶 体中传播的规律的 基础上发展出来的
晶体内部的原子是周期性有序排列的，这 种周期势场的存在，使运动的电子受到周期 势场的布拉格散射，从而形成能带结构，带 与带之间可能存在带隙。电子波的能量如果 落在带隙中，就无法继续传播。
相似的，在光子晶体中是由光 的折射率指数的周期性变化产生 了光带隙结构，从而由光带隙结 构控制着光在光子晶体中的运动。
出现在能隙中的缺陷态
1 9 9 9年， 美国加州理工学院谢勒( A．S c h e r e r ) 领导的研究组首次报道了可在室温下工作且运转 在 1 5 5 0纳米的光子晶体激光器。
光子晶体激光器顶部和剖面示意图
8.3 超材料及相关器件 什么是超材料？
超材料的三个重要特征
超材料通常是具有新奇人工结构的复合材料； 超材料具有超常的物理性质（往往是自然界的材料中所不
可以看出E, H均与k两两垂直，
微纳电子技术与器件
微纳电子技术与器件电子与电气工程是一门涵盖广泛的学科，与我们日常生活息息相关。
随着科技的不断发展，微纳电子技术逐渐成为该领域的热点之一。
微纳电子技术是指利用微米和纳米尺度的器件和系统来设计和制造电子设备的技术。
本文将介绍微纳电子技术的发展背景、应用领域以及相关的器件。
发展背景微纳电子技术的发展得益于纳米科技和微电子技术的进步。
纳米科技研究了物质在纳米尺度下的特性和行为，而微电子技术则关注电子器件在微米尺度下的设计和制造。
两者的结合为微纳电子技术的发展提供了坚实的基础。
此外，随着集成电路的不断发展，人们对更小、更快、更节能的电子器件的需求也日益增加，促使微纳电子技术的研究和应用不断深入。
应用领域微纳电子技术在众多领域中得到了广泛应用。
在通信领域，微纳电子技术为无线通信、卫星通信和光纤通信等提供了关键的技术支持。
微纳电子技术的应用还可以扩展到医疗领域，例如用于生物传感器、医学成像和药物输送等方面。
此外，微纳电子技术在能源领域也有着重要的应用，如太阳能电池、燃料电池和能量收集器等。
微纳电子技术还可以应用于环境监测、汽车电子和智能家居等领域。
相关器件微纳电子技术的发展离不开一系列关键的器件。
其中，纳米材料是微纳电子技术的重要组成部分。
纳米材料具有特殊的物理和化学性质，可以用于制造纳米器件。
例如，纳米颗粒可以用于制造高性能的显示屏和光电器件。
另一个重要的器件是微流体器件，用于控制微米和纳米尺度下的流体流动，广泛应用于生物传感器和实验室芯片等领域。
此外，纳米电子器件和纳米传感器也是微纳电子技术中的关键组成部分。
微纳电子技术的发展为我们的生活带来了许多便利和创新。
它不仅推动了通信、医疗和能源等领域的发展，还为我们提供了更多的可能性。
然而，微纳电子技术仍面临着许多挑战，如器件的制造和可靠性等方面。
因此，我们需要继续加大对微纳电子技术的研究和投入，以推动其进一步发展和应用。
总结微纳电子技术是电子与电气工程领域中的一个重要方向，其应用范围广泛，涉及通信、医疗、能源等多个领域。
电子行业微电子复习资料
电子行业微电子复习资料1. 引言微电子是电子科学与工程中的一个重要分支，主要研究电子元器件、电路和系统的微小尺寸制造和集成技术。
在现代电子行业中，微电子技术的发展在诸多领域中扮演着重要角色，如通信、计算机、医疗、能源等。
本文将为读者提供一份电子行业微电子的复习资料，旨在帮助读者回顾微电子的基础知识和常用技术。
2. 微电子基础知识微电子学涉及多个基础知识点，包括半导体物理、固态电子学和集成电路设计等。
以下是一些常见的基础知识点：2.1 半导体物理•半导体物理基础：介绍半导体材料的基本特性，包括导电性、能带理论和载流子的运动机制等。
•PN结：讲解PN结的形成原理、电流输运和应用。
•半导体器件：介绍常见的半导体器件，如二极管、BJT晶体管和MOSFET场效应晶体管等。
2.2 固态电子学•晶体管工作原理：介绍晶体管的结构和工作原理，包括BJT晶体管和MOSFET晶体管。
•放大器设计：讲解放大器的基本原理和设计方法，包括共射放大器、共基放大器和共集放大器等。
•频率响应：介绍电路的频率特性和滤波器的设计原理。
2.3 集成电路设计•CMOS工艺：讲解CMOS工艺的基本原理和制造过程。
•数字电路设计：介绍数字电路设计的基本原理和常用的逻辑门电路。
•模拟电路设计：讲解模拟电路设计的基本原理和设计方法，如放大器、滤波器和振荡器等。
3. 微电子技术应用微电子技术在多个领域中广泛应用，下面列举了一些常见的微电子技术应用：3.1 通信领域•无线通信系统：介绍无线通信系统的基本原理和各个模块的微电子技术应用。
•射频电路设计：讲解射频电路设计的基本原理和常用技术，如功率放大器、混频器和滤波器等。
3.2 计算机领域•微处理器：介绍微处理器的结构和工作原理，涵盖指令集体系结构和流水线技术等。
•存储器：讲解存储器的基本原理和常见类型，如RAM和ROM等。
•高速接口：介绍高速数据传输接口的设计和优化，如USB、HDMI和PCIe等。
半导体微纳加工技术及在光电器件中的应用
半导体微纳加工技术及在光电器件中的应用概述半导体微纳加工技术是一种利用微纳米尺度的工艺，制造和加工半导体材料的方法。
随着科技的进步和需求的增长，微纳加工技术在光电器件的应用中发挥着重要的作用。
本文将探讨半导体微纳加工技术的原理和常见的制备方法，并详细介绍在光电器件中的应用。
一、半导体微纳加工技术的原理和常见制备方法半导体微纳加工技术是通过对半导体材料进行精确的物理和化学加工，来制备具有特定功能和结构的微纳器件。
其主要原理是利用高精度的控制和制备手段，对半导体材料进行精细加工和制备。
目前常见的半导体微纳加工技术包括光刻、薄膜沉积、干法刻蚀、湿法刻蚀、电子束曝光、等离子体刻蚀等。
其中，光刻是一种最常用的加工技术，利用光敏感剂和光学设备，对光刻胶进行曝光和显影，将图案转移到半导体材料上，实现微米或纳米级别的结构制备。
二、半导体微纳加工技术在光电器件中的应用1. 光电二极管光电二极管是利用半导体材料的光电转换特性制造的器件，常见的有LED和光敏二极管。
半导体微纳加工技术可以用于制备电极、光电活性区域和光隔层等关键结构，保证光电器件在高效率、高亮度等方面的性能要求。
同时，微纳加工技术还可用于制备纳米结构和量子阱等增强器件性能的结构，提高光电转换效率和光灵敏度。
2. 光电晶体管光电晶体管是一种控制光信号放大的器件，常用于光检测和信号放大。
半导体微纳加工技术可以用于制备晶体管的通道、栅极和漏极等关键结构，提高晶体管的响应速度和放大倍数。
此外，微纳加工技术还可用于制备纳米尺度的金属和半导体结构，改善光电晶体管的性能。
3. 光波导器件光波导器件是利用光的导波特性传输和处理光信号的器件，常用于光通信和光计算领域。
半导体微纳加工技术可以用于制备高精度的光波导结构，控制光的传输和耦合特性。
同时，通过微纳加工技术还可以制备与光波导器件配套的光源和光检测器件，提高光波导器件的整体性能和稳定性。
4. 光电集成电路光电集成电路是将光电器件和电子器件集成在同一芯片上，实现光电信号的处理和传输。
微电子学概论ch纳电子器件PPT课件
碳纳米管（Carbon nanotube）
• 含有一层石墨烯片层的称为单壁纳米碳管(Single walled carbon nanotube, SWNT)，直径一般为 1－6 nm，最小直径大约为0.4 nm，SWNT的直径 大于6nm以后特别不稳定，会发生SWNT管的塌陷， 长度则可达几百纳米到几个微米。因为SWNT的最小 直径与富勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管或富 勒管。
纳米材料的四大效应
• 小尺寸效应 • 量子尺寸效应 • 表面效应 • 宏观量子隧道效应
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小尺寸效应
当超细微粒的尺寸与光波波长等物理 特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的 边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的 颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、 光❖、光电吸、收磁显著、增热加、力学等特性呈现新的 效❖应出。现吸收峰的等离子共振频移
❖ 磁有序态变为磁无序态 ❖ 超导相变为正常相
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量子尺寸效应
当金属粒子尺寸下降到某一值时，金 属费米能级附近的电子能级由准连续变 为离散能级的现象，并且纳米半导体微 粒存在不连续的被占据分子最高轨道和 未被占据的分子最低轨道能级。
能隙变宽现象称为量子尺寸效应。
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表面效应
• 在硅上，目前已经生产最小线宽为130nm 的电路，再进一步发展到线宽小于100nm 时，将会遇到两大难题：
1. 光刻技术的限制，刻蚀尺寸已远小于所用光束 波长，而且掩膜的平整度、基板的平整度以及 两者之间的平行度已经成为工艺方面的不可逾 越的障碍。
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解决的思路
• 目前可分为两种类型：
• 充入一个电子的所需要的能量为：
EC=e2/2C
(完整版)微纳加工
(完整版)微纳加工微纳加工是一种先进的制造技术，通过对材料进行精确控制和处理，实现微小尺度器件的制作和加工。
本文将详细介绍微纳加工的原理、应用以及对现代工业的影响。
一、微纳加工原理微纳加工是利用光刻、湿法腐蚀、干法刻蚀、电解沉积等技术，对微米、纳米尺度材料进行加工和制造。
其主要原理包括以下几个方面：1. 光刻技术：利用光敏材料和光掩膜，通过曝光、显影等工艺步骤，在材料表面形成微米级、纳米级的图案，用于制作微小器件的结构。
2. 湿法腐蚀：通过浸泡在特定液体中，使材料表面发生化学反应，从而控制材料的蚀刻速率和形貌，进而制作出所需结构。
3. 干法刻蚀：利用高能粒子束、等离子体或激光等，将材料进行物理或化学蚀刻，实现微细结构的形成。
4. 电解沉积：通过电解反应，在导电物质上沉积金属、合金或其他化合物，形成所需形貌和厚度的微细结构。
二、微纳加工应用微纳加工技术的应用范围广泛，涵盖了电子、光学、生物医学等多个领域。
以下是几个典型的应用实例：1. 微电子工业：微纳加工技术是集成电路制造的基础，通过微米级的光刻和刻蚀工艺，制作出复杂的电路结构和器件。
这不仅推动了电子产品的小型化和功能化，还提高了整个电子产业的水平和竞争力。
2. 光学器件：微纳加工技术可用于制作光栅、光波导、光纤连接器等光学器件，实现光信息的传输和控制。
同时，通过微细结构的设计和制造，还能改变光的传播性质，创造出新型的光学器件。
3. 生物医学：微纳加工技术在生物医学领域有着广泛的应用。
例如，通过微纳米结构的制造，可以实现细胞的操控和观察，探索细胞的行为和机理。
此外，微纳加工技术还可以制作微流控芯片、生物传感器等，用于生物分析和医学诊断。
4. 传感器与检测：利用微纳加工技术，可以制作出高灵敏度、高稳定性的传感器和检测器件。
这些传感器可以应用于环境监测、工业控制、生物检测等领域，为人们提供精确、可靠的测量和监测手段。
三、微纳加工对现代工业的影响微纳加工技术的发展对现代工业产生了深远的影响：1. 产品创新：微纳加工技术为产品的创新提供了新的可能性。
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纳米材料发展简介
❖ 1965年诺贝尔物理奖获得者R.P Feynman说过：“如果有一 天能按人的意志安排一个个原子分子将会产生什么样的奇 迹”，纳米科学技术的诞生将使这个美好的设想成为现实 。
❖ 1982年，IBM公司苏黎世研究所Binnig和Rohrer发明了扫描 隧道显微镜(STM),这项发明为纳米科技的发展起到巨大的 促进作用。
(a) Schematic representation of the transfer process to invert the VA-MWNT array onto a polystyrene thin film,
(b, c) SEM images of the invert VA-MWNT array.
纳米结构与低维性的概念
❖ 纳米材料：指材料在三维空间中至少有一维处于纳米尺度
范围内的，或由纳米基本单元构成的材料。
❖ 纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础,按一定规律构筑
或营造一种新的体系,它包括一维的、二维的、三维的体系 。
❖ 纳 米 结 构 通 常 是 指 0.1 ～ 100nm 的 超 微 结 构 , 在 这 种 尺 度
介观体系的材料。
❖ 低维性：指的是维数小于三，具体来说就是二维、 一维和零维
d=3，完全不受 量子约束
三维（3D）
定义d为维度
d=2，一个方向上 受到量子约束
二维（2D）
d=1，两个方向上 受到量子约束
d=0，三个方向上 受到量子约束
一维（1D） 零维（0D）
纳米材料根据三维空间中未被纳米尺度约束的自由度定义
用传统的化学分子极性理论來解释，不仅解释不 通，恰恰是相反。
从机械学的粗糙度、光洁度角度來解释也不行， 因为它的表面光洁度根本达不到机械学意义上的 光洁度（粗糙度），用手触摸就可以感到它的粗 糙程度。
❖ 经过兩位德国科学家的长期观察研究，即在1990 年代初终于揭开了荷叶叶面的奧妙。
原來在荷叶叶面上存在着非常复杂的多种纳米和 微米级的超微结构。
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空间内研究物质和材料的电子、原子和分子运动规律、特性 的高新技术学科称为纳米技术。
纳米材料尺度为1-100nm的理由：
➢ 由于这个尺度范围材料的特性所确定。 ➢ 因为这些材料的基本单元往往具有量子特性。 ➢ 该尺度内材料的基本物理、化学和力学特性都有很多特殊
之处 ➢ 有时会把1∼100nm称为介ontacts to one- and two-dimensional nanomaterials
Figure 1 | Examples of nanomaterial-based devices.
Figure 2 | Contact geometries. a-d, Two examples of end-bonded contacts to nanostructures.
荷花为什么出污泥而不染
许多植物表面，如荷叶面具有 超疏水(superhydrophobicity)及 自洁(self-cleaning)的特性。 荷叶表面疏水、始终永遠保持一 尘不染。
荷叶效应
水珠会夹带灰尘颗粒离开叶面
在表面张力作用下，水与 超疏水表面会有一接触角
为什么会有这种“荷叶效应”？
零维:指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒、团簇 人造原子。
一维：指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、 纳米管、纳米纤维。
二维:指在三维空间中有一维在纳米尺度，如纳米带、超薄 膜、多层膜。
三维:指在三维空间中有零维在纳米尺度，如纳米块体材料。
C60富勒烯
纳米微粒
原子团簇
Nano Carbon Tube
Silicon Nanowire
纳米结构的低维性带来的性质
小尺寸效应 表面效应 量子尺寸效应 库仑阻塞与量子隧穿效应 介电限域效应
四大基 本效应
文献讲解
Fig. S12. Effect of the plasma etching on adhesion forces. (a-d) Typical top view of VAMWNT film before (a, c) and after (b, d) adhesion measurements, (a, b) without and (c, d) with oxygen etching. (e)The dependence of shear and normal adhesions on nanotube length after plasma etching. The vertical and horizontal bars represent the deviations of the force and nanotube length measured for more than 20 samples of the same class, respectively.