微纳电子材料与器件..
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。
微纳光电子学的研究与应用
微纳光电子学的研究与应用微纳光电子学是一门集微电子学、光学和材料科学为一体的领域，其研究内容主要集中在微米甚至纳米级别的光电器件和系统的设计、制造和应用方面。
近年来，随着信息技术和通信技术的不断发展，微纳光电子学在各个领域的应用也日益广泛。
一、微纳光电子学的理论基础微纳光电子学的理论基础主要包括半导体物理学、光学和电磁学、量子力学等方面。
半导体物理学是微纳光电子学的重要理论基础之一，光电器件的性能直接关系到半导体器件中载流子的能量分布、亚带结构、载流子的寿命等因素。
而光学和电磁学对于微纳光电子学中光电子器件和系统的设计和模拟具有重要的意义，例如光波导的耦合、谐振，微型集成光器件的设计。
量子力学的发展也在一定程度上推动了微纳光电子学的发展。
当尺寸缩小到纳米级别时，量子效应开始显现，这时的物质遵循的规律和经典物理学大不相同，而量子力学就是研究这种微观粒子行为的学科之一。
微纳光电子学中的许多器件都采用了量子限制的原理来设计制造。
二、微纳光电子学中的关键技术微纳光电子学是一门综合性学科，涉及许多专业领域的重要技术，包括纳米加工技术、半导体材料制备、微纳加工技术、光学设计和系统集成等方面。
纳米加工技术是微纳光电子学中不可或缺的技术之一。
它是指用先进的微纳工艺手段对微米级别以下的结构进行精密加工和制造。
纳米加工技术包括光刻、电子束曝光、离子束刻蚀、化学蚀刻、原子层沉积等多种加工手段。
这些技术通常需要在高真空环境下进行，需要高精密的设备以及经验丰富的工程师来保证制造精度。
半导体材料制备也是微纳光电子学中的重要技术之一。
半导体材料通常指能够在一定程度上导电或隔离的材料。
目前常用的半导体材料包括硅、锗、氮化物、磷化物等。
半导体材料的制备需要先进的化学和物理手段，如化学气相沉积、液相外延、分子束外延等方法。
微纳加工技术是微纳光电子学中的另一个核心技术。
微纳加工技术是指将微米级别的结构制造到纳米级别，可以实现微纳器件的高精度加工。
微纳光电子系统_第二章微纳光电器件简介
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32×32微测辐射热计SEM照片
×200 倍
×500倍
测试系统原理图
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像元编号
像元黑体响应电压 (µ V)
像元响应率 (V/W) 1.52×104 1.23×104 1.11×104 1.46×104 1.42×104 1.35×104 0.99×104 1.44×104 1.56×104 1.28×104
读出电路 X 向电极
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微桥结构设计
• 热学设计 低热导和合适的热响应时间 • 光学设计 提高填充系数和红外吸收率 • 力学设计 确保结构的机械力学稳定性
1. 00 0. 90
吸 0. 70 收 0. 60 率 0. 50 （ 0. 40 ％） 0. 30
0. 20 0. 10 0. 00 1. 0 3. 0 5. 0 7. 0 9. 0 11. 0 13. 0 15. 0
硅 3.4
400μm 4μm 1 8 2π 1.67μm 1.96
硅 3.4
400μm 4μm 1 8 1.7 π 1.42μm 2.35
硅 3.4
400μm 4μm 1 8 0.95π 0.798μm 2.35
石英 1.47
400μm 0.5μm 1 8 2π 1.06μm 4.5
性能测试
衍射效率
微测辐射热计物理模型
微测辐射热计热学模型
热绝缘微桥结构
V dV I 0 dR dT I 0 R ＝ dQ dT dQ Geff
微桥结构 50 μm Y 向电极 红外 辐射 0.5μm
Gleg kleg
Aleg l
探测器响应率与探测 器和衬底间的热导G 呈反比，利用微桥结 构降低二者间的热导
科技论坛题目
1. 高分子是21世纪年轻又有魅力的一个学科，人类对高分子的认识经历了一个相当漫长的过程，但自古以来，人类生活就与高分子密切相关。
在人类发展漫长的岁月里，人们一直都在不自觉地使用着高分子，无论是用来充饥而赖以生存的淀粉和蛋白质，还是用来御寒的棉、麻、丝、毛，或是用于制造房屋和运载工具的木、竹等，以及随着人类文明的发展而出现的纸、天然与人造橡胶、塑料，都是常见的高分子材料。
那么最早由科学家在年首次提出高分子的概念。
（C）A．Florey 1920 B. Florey 1934C. Hermann Staudinger 1920D. Hermann Staudinger 19342. 第一个在实验室中用人工方法合成的蛋白质是（胰岛素），由中国（国家）发现。
3．（风险题）最早合成的塑料是酚醛树脂，1907年，美国化学家贝克兰用苯酚和甲醛缩合4. 为什么中国很重视无缝钢管的研制？答案：因为无缝钢管的铸造对石油，特别是军工行业的枪管和炮管有很重要的影响5. 据报道中国最新研制的大客机C919上复合材料使用率远没有外国同类型新型飞机的复合材料使用率高，这是为什么呢？答案：首先，国产复合材料的性能还不能完全达到飞机上某些关键部位的应用，必须依靠进口。
其次，中国飞机设计起步晚，为了保证其安全性，还不能大量采用复合材料。
6. 我们常见的不锈钢制成的材料其不锈原理是什么？答案：8分之N原理7. 常见的钢材力学性能与组织结构的关系：答案：组织结构越细小，其力学性能越好。
8. 下面化妆品中的成分哪个对人体无害？A果酸B曲酸C香料D：水杨酸A：果酸主要是用酸来使你的皮肤变薄，有美白和去角质的效果，虽然效果很明显，但不久后会发现皮肤变得又薄又敏感，认真看甚至看到皮肤下的毛细血管。
而且果酸感光性很强，早上用皮肤特别容易变黑。
B：曲酸：其效用是在观察日本清酒酿造工人的手变白时发现的。
它能有效抑制酪氨酸酵素，可溶于水，使用浓度介乎1%~3%之间，无毒，用后刺激性极小，在亚洲食品工业中被用作抗氧化剂。
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。
微纳光电子系统_第二章微纳光电器件简介
微纳光电子系统第二章微纳光电器件简介内容z VO2薄膜材料及其应用z 微透镜与红外CCD 集成技术z 微小型光学扫描器及其应用zMEMS 红外气体传感器1. VOx 薄膜材料及其应用z1959年美国贝尔实验室Morin发现钒的金属氧化物具有电阻温度相变特性；目前该材料的相变机理至今仍然未完全掌握。
z 该材料在相变过程中，许多物理参数，如电阻率，光学折射率都发生了突变，具有非常广泛的器件应用前景。
z金属钒的诸多氧化物相中，二氧化钒（VO 2）最引人注目: (1)VO 2材料的相变温度在68℃附近，最接近室温;当温度低于68℃时，VO 2呈现半导体相，材料电阻率为10 Ω·cm 量级；当温度高于68℃时，VO 2呈现金属相，电阻率下降至10-3Ω·cm左右。
在很小的温度范围内(0.1℃），电阻率变化了4-5个数量级。
与此同时，材料的光学特性在相变时也发生了突变，从低温半导体相对红外光的高透射转变为高温金属相对红外光的高反射.z 用途:(1) VOx 薄膜作为微测辐射热计的热敏电阻,制作非致冷红外焦平面;(2) 利用VO2相变特性,制作光开关,激光防护膜,太阳能智能节能窗等(1) VOx微测辐射热计z氧化钒薄膜被用于微测辐射热计热敏电阻主要是由于这种材料在室温附近具有合适的方块电阻、较高的TCR ，小的1/f 噪声系数以及制备工艺与大规模集成电路兼容等特点.z用于微测辐射热计热敏电阻材料的氧化钒薄膜主要有三种：混合相VO x 、准VO 2和亚稳态相VO 2(B)薄膜，分别以美国HTC研究中心、加拿大INO研究所和日本防卫厅&NEC为代表.应用--国防、军事消防医疗医疗SARS工业设备预知性检测及维护--电子工业设备预知性检测及维护--土木、建筑工业设备预知性检测及维护--电气设备1ln dR d RTCR R dT dT==)(00T T e R R −=αα为恒值Ta T T T e R R ss ΔΔ+=氧化钒作为热敏薄膜优点:•高电阻温度系数，TCR>-2%/K •合适的方块电阻, 10～50 k Ω•低的噪声系数•制备工艺与IC 工艺兼容.TCR=-0.0236K R 0(20℃)=13.5 k Ω/方块1/T (K)HTC 研制的VO x 热敏薄膜的电阻－温度关系曲线LnR(Ω)室温电阻约15~20 k Ω，电阻温度系数-2.0%K -1。
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。
微纳光电子器件与技术
光子晶体复合结构提高胶体量子点温度传感技术（陈智辉）
微纳器件温度测量 高电磁干扰环境下温度测量 分布式温度监测，传感器网络
微纳光学温度传感器具有抗电磁干扰、速度快、灵敏度高、能耗低、体积小、 易集成等优点。
利用荧光特性的微纳光学温度传感器，可以避免压力、湿度、粘合剂材料等影 响。
普通荧光物质激发谱窄、荧光发射峰较宽、光稳定性不好、量子产率低。 由于淬灭效应的存在，当温度大于370K时，胶体量子点的荧光强度较弱， 难于
山西省自然科学基金项目左手介质嵌入式光波段光子晶体光隔离器的理论研究信息光子学与光通信国家重点实验室开放课题基于胶体量子点与光子晶体异质结构的温度传感器及其物理机制研究
杨毅彪教授科研团队 微纳光电子器件与技术
微纳光电子器件与技术课题组 导师团队
杨毅彪 博士 教 曹斌照 博士 副 费宏明 博士 副 陈智辉 博士 副
高等学校博士学科点专项科研基金：“基于二维硅光子晶体 异质结构与dSe/ZnS 胶体量子点耦合系统的温度传感器研 究”；
在研科研项目
山西省自然科学基金项目“可见光和红外波段超大完全禁带光 子晶体的数值研究”
山西省自然科学基金项目“高效矿用红外生命探测器的微纳光 耦合结构研究”；
山西省自然科学基金项目“左手介质嵌入式光波段光子晶体光 隔离器的理论研究”
和LED反射器的 、微纳集成技术 晶体结构设计与 光耦合结构的应
设计与制备。 中的应用。
分析。
用研究。
发表学术论文30 余篇，SCI收录9 篇，EI收录8篇
发表论文40余篇 ， SCI 、 EI 收 录 10篇。
发表学术论文10 余篇，SCI论 文 1 0 篇 ， EI 论 文 2
发 表 SCI 论 文 17 篇 ， EI 论 文 5 篇 。
微纳电子材料与器件知识讲解
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。
微纳光学元件
微纳光学元件微纳光学元件是指在微纳米尺度下制备的光学元件，其物理尺寸与波长相当或小于波长。
由于微纳米尺度下的光学元件具有精细的结构和独特的光学性能，因此它们在纳米光学、纳米电子学、生物医学、光子学和量子信息等领域都有着广泛的应用。
本文将介绍微纳光学元件的种类、制备方法和应用领域。
1.微型透镜微型透镜是一种具有微观尺度的透镜。
在微型透镜中，光线沿着一个由两个球形凸面镜构成的小光学系统进行聚焦。
微型透镜可以用于大规模的太阳能电池板、荧光探针和微小的成像器件中。
2.表面等离子体共振元件表面等离子体共振元件（SPR）是由金属和介电质组成的结构，在金属表面激发出介电质与金属相互作用而形成的等离子体振荡。
SPR可以用于生物传感和化学传感器，便携式光谱仪和科学研究中。
3.纳米图案化二维材料纳米图案化二维材料是通过纳米图案化技术在二维材料表面形成的纳米图案阵列。
这些阵列可以用于各种应用，如有机太阳能电池、晶体管和量子点发光二极管等。
4.纳米光阀门纳米光阀门可以在纳米尺度下控制光的传输。
这种阀门利用有机材料在受激电荷转移时的光响应和半导体的光学和电学特性制成。
纳米光阀门可以用于光开关和光电子学器件中。
5.量子点量子点是一种极小的材料，其长度为纳米级别。
由于量子点的尺寸非常小，因此它们的行为在经典物理学和量子力学之间。
量子点已被证明在计算机处理、太阳能电池板、生物传感和医学成像等领域中具有应用潜力。
1.电子束光刻电子束光刻是一种制备微纳米结构的先进技术，利用电子束在光刻胶层和光学材料表面刻蚀微纳米结构。
该技术相对于其他光刻技术具有更高的分辨率和更好的控制能力。
2.激光直写3.纳米压印纳米压印技术是一种将微纳米尺度的结构转移至各种材料表面的方法。
该技术利用硅基底上制作的微纳米结构进行压印，从而制造出具有高分辨率和复杂形状的微纳米结构。
4.分子束外延分子束外延是一种利用分子束在晶体表面上生长高质量微纳米结构的方法。
通过控制分子束的数量和速度，可以精确地控制微纳米结构的形成和生长过程。
清华大学微电子本科生培养课程设置
•一、简介微纳电子系本科生一级学科名称为电子科学与技术，二级学科名称为微电子学。
二、课程设置课程编号：30260093 课程名称：固体物理学课程属性：专业核心课开课学期：09秋任课教师：王燕内容简介：固体物理学是固体材料和固体器件的基础。
该课程主要研究晶体的结构及对称性，晶体中缺陷的形成及特征，晶格动力学，能带理论的基础知识以及晶体中的载流子输运现象等。
是微纳电子专业的核心课。
课程编号：40260103 课程名称：数字集成电路分析与设计课程属性：专业核心课开课学期：09秋任课教师：吴行军内容简介：本课程从半导体器件的模型开始，然后逐渐向上进行，涉及到反相器，复杂逻辑门（NAND，NOR，XOR），功能模块（加法器，乘法器，移位器，寄存器）和系统模块（数据通路，控制器，存储器）的各个抽象层次。
对于这些层次中的每一层，都确定了其最主要的设计参数，建立简化模型并除去了不重要的细节。
课程编号：40260173 课程名称：数字集成电路分析与设计（英）课程属性：专业核心课开课学期：09秋任课教师：刘雷波内容简介：数字集成电路的分析与设计，包括：CMOS反相器、组合和时序逻辑电路分析与设计、算术运算逻辑功能部件、半导体存储器的结构与实现、互连线模型与寄生效应的分析。
并介绍常用数字集成电路的设计方法和流程。
课程编号：30260072 课程名称：微电子工艺技术课程属性：专业核心课开课学期：09秋任课教师：岳瑞峰内容简介：本课程授课目的是使学生掌握微电子制造的各单项工艺技术，以及亚微米CMOS集成电路的工艺集成技术。
本课程讲授微电子制造工艺各单项工艺的基本原理（包括氧化、扩散、离子注入、薄膜淀积、光刻、刻蚀、金属化工艺等），并介绍常用的工艺检测方法和MEMS加工技术、集成电路工艺集成技术和工艺技术的发展趋势等问题。
另通过计算机试验，可学习氧化、扩散、离子注入等工艺设备的简单操作和模拟。
课程编号：40260054 课程名称：半导体物理与器件课程属性：专业核心课开课学期：09春任课教师：许军内容介绍：主要讲授半导体材料的基本物理知识，半导体器件的工作原理以及现代半导体器件的新进展。
清华大学微电子学研究生培养
首页->人才培养->研究生培养一、简介我所研究生培养一级学科名称为电子科学与技术，二级学科名称为微电子学与固体电子学。
研究方向有以下五个方面：微/纳电子器件及系统；集成电路与系统；集成电路工艺与纳米加工技术；半导体器件物理与CAD；纳电子学与量子信息技术。
我所现有博士生导师13名；研究生课程共设置27门；目前在校学生数：博士生85人；硕士生:343人（包括工程硕士243人）。
2007年度录取研究生155名（其中博士生15名，工学硕士研究生36名，全日制工程硕士研究生90名，在职工程硕士研究生15名）；毕业研究生95名（授予博士学位13名，工学硕士学位45名，工程硕士学位37名）。
二、博士生导师情况介绍姓名职称研究方向李志坚院士教授半导体新器件、器件物理和器件模型、微电子机械系统陈弘毅教授超大规模集成电路设计技术(多媒体数字信号处理、算法的VLSI实现和系统的芯片集成技术)周润德教授超大规模集成电路设计技术(微处理器与嵌埋式系统设计，加密算法，低压,低功耗电路设计)许军教授SiGe/Si微波功率HBT器件与集成电路以及超高速应变硅MOS器件刘理天教授半导体新器件、器件物理和器件模型、微电子机械系统魏少军教授深亚微米集成电路设计方法学研究，面向设计再利用的SOC（System on a Chip）设计方法学研究和高层次综合技术研究陈炜教授纳米加工、纳米电子器件、超导量子器件和量子计算实现孙义和教授超大规模集成电路设计技术（多媒体DSP技术、VLSI测试方法和可测性设计、网络安全）陈培毅教授半导体新器件、器件物理和器件模型、新型半导体材料余志平教授半导体器件和电路计算机模拟：亚100nm硅CMOS器件模型；纳电子器件量子输运模型；基于版图和衬底耦合的RF(射频)电路分析，验证软件和电路单元自动生成王志华教授CMOS模拟、数模混合及射频集成电路技术、通信专用集成电路设计、数字音频及视频信号处理及专用集成电路、电子系统集成及片上系统任天令教授微机电器件与系统（MEMS）、新型半导体存储器、纳电子与自旋电子学王燕教授纳电子器件的量子输运模型，化合物半导体器件和电路计算机模拟三、课程设置研究生课程共设置27门，本年度已开课程24门。
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。
北大微电子
清华大学微电子所研究生课程一、简介我所研究生一级学科名称为电子科学与技术，二级学科名称为微电子学与固体电子学。
研究方向有以下四个方面：微/纳电子器件及微系统；系统的芯片集成；微/纳米工艺学；微/纳器件和系统的CAD方法。
我所现有博士生导师13名；研究生课程共设置19门；目前在校学生数：博士生77人；硕士生:235人（包括工程硕士125人）。
2005年度录取人数：博士生14人；硕士生102人。
2005年度毕业人数：博士生8人；硕士生33人。
二、博士生导师情况介绍姓名职称研究方向李志坚院士教授半导体新器件、器件物理和器件模型、微电子机械系统陈弘毅教授超大规模集成电路设计技术(多媒体数字信号处理、算法的VLSI实现和系统的芯片集成技术)周润德教授超大规模集成电路设计技术(微处理器与嵌埋式系统设计，加密算法，低压,低功耗电路设计)许军教授SiGe/Si微波功率HBT器件与集成电路以及超高速应变硅MOS器件刘理天教授半导体新器件、器件物理和器件模型、微电子机械系统魏少军教授超大规模集成电路设计技术(多媒体数字信号处理、算法的VLSI实现和系统的芯片集成技术)陈炜教授纳米加工、纳米电子器件、超导量子器件和量子计算实现孙义和教授超大规模集成电路设计技术（多媒体DSP技术、VLSI测试方法和可测性设计、网络安全）陈培毅教授半导体新器件、器件物理和器件模型、新型半导体材料余志平教授半导体器件和电路计算机模拟(包括亚100nm硅CMOS器件模型；纳电子器件量子输运模型；基于版图和衬底耦合的RF(射频)电路分析，验证软件和电路单元自动生成。
王志华教授模拟与数模混合集成电路设计，生物与医疗微系统芯片设计，射频电子标签电路技术，集成电路设计方法学任天令教授新型微电子器件、微电子机械系统(MEMS)、新型半导体存储器、纳电子与自旋电子学王燕教授纳电子器件的量子输运模型，化合物半导体器件和电路计算机模拟三、课程设置本年度共开设研究生课程23门，新开课4门。
微纳电子器件材料及制备技术的研究与开发
微纳电子器件材料及制备技术的研究与开发随着现代技术的飞速发展，微纳电子器件作为信息处理和存储中不可或缺的组成部分，正成为科技领域的热门研究方向。
微纳电子器件材料及制备技术的研究与开发，对于推动电子行业的发展和创新具有重要意义。
本文将就微纳电子器件材料及制备技术的研究和应用进行探讨，并对其未来的发展进行展望。
一、微纳电子器件材料微纳电子器件材料是指在微纳尺度下具有特殊性能和结构的材料。
在微纳电子器件中，材料的选择和制备能力直接决定了器件的性能和功能。
目前，主要的微纳电子器件材料包括半导体材料、金属材料、绝缘材料以及复合材料等。
1. 半导体材料半导体材料是微纳电子器件中的重要组成部分。
其中，硅材料是应用最广泛、研究最深入的一类半导体材料。
它具有良好的热稳定性、可控的电特性，广泛应用于集成电路、光电子器件等领域。
此外，砷化镓、氮化镓等III-V族半导体材料也具有优异的电特性和光学特性，在高频电子器件、光电子器件领域有着广阔的应用前景。
2. 金属材料金属材料在微纳电子器件中也起着重要的作用。
金属材料具有良好的导电性和热传导性，常见的金属材料有铜、铝、银等。
这些金属材料广泛应用于电路连线、电极、散热等方面。
此外，金属纳米粒子也被广泛研究和应用于传感器、生物医学等领域。
3. 绝缘材料微纳电子器件中，绝缘材料用于电容、绝缘层等方面。
常见的绝缘材料有二氧化硅、氮化硅等。
绝缘材料具有高绝缘强度、低介电常数等特性，能够保证器件的电气隔离和性能稳定。
4. 复合材料复合材料由两种或多种材料的组合而成，以期获得更好的特性和性能。
在微纳电子器件中，复合材料的应用主要集中在填充材料和防爆材料方面。
填充材料的目的是提高材料的导热性能，提高器件的散热效果。
而防爆材料则是为了提高器件的可靠性和安全性。
二、微纳电子器件制备技术微纳电子器件的制备技术是指根据设定的设计要求和功能需求，将微纳尺度的材料加工和组装成器件的过程。
制备技术对于电子器件的性能、稳定性和可靠性有着关键性的影响。
微纳光电
有关微纳光电子制造的认识及解析
光电子器件
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。
主流的微纳光电材料的基本介绍
1. 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。
2. 微纳光波导材料及器件
3. 微纳光探测材料及器件
4.光子晶体及器件
微纳光子学与技术
该学科方向一方面致力于微纳光子学的科学前沿基础问题，以及微纳光子前沿技术的应用研究。
特别是在微米或纳米尺度上研究光子与物质的相互作用，研究微米或纳米结构对光子行为的操控，以及微纳尺度上的信息传输与获取等相关技术和器件。
微纳光电技术研究中心以研制高性能光电器件、催生核心有效载荷为目标，结合我国航天和国防发展需求，开展基于纳米材料和微纳结构的光电产生、相互作用及操控等方面的应用基础研究，主要涵盖光电探测、光学集成与操控、能量产生和激光应用等技术领域。
研究中心通过光电有效载荷等创新研究牵引新的系统级项目，保持五院在未来航天系统发展中的领先地位，助力我国由航天大国向航天强国的发展。
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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：随着大规模集成电路向超大规模集成电路进发，元件的尺寸不断的缩小，器件工艺开始面临各种各样的限制。
要解决这些问题，就必须采取与传统工艺截然不同的思路，从而实现器件尺寸的进一步减小。
而其中一种备受关注的就是从原子分子系统出发，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，从而制备出分子电路、分子开关、分子计算机等。
本文就分子导线和分子开关展开讲述，具体介绍其分类、工作原理以及实现方法。
其中包括生物分子开关的应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。
在更小的器件尺度上，器件工艺面临如下几个方面的限制：量子力学的限制。
按照量子力学理论，电子具有波粒二象性，当器件尺寸减小到纳米量级(小于35nm)时，电子则以波动性为主，这时电子器件是通过控制电子波的相位来工作的，器件的工作原理已经发生子根本的变化，在这个尺度，不能再按照传统的器件工作原理来设计器件。
热力学限制。
当器件尺寸缩小时，热起伏会限制器件性能的一致性，使器件无法正常工作。
光刻工艺的限制[1]。
芯片上器件的尺寸与光刻上艺中使用的光的波长有关，光波长越短，制备的器件越小，目前无法制备波长小于157nm光聚焦用的透镜，因此现在的光刻工艺还不能制备出更小的器件。
功率耗散的限制。
由于随着元件尺寸不断减小，导线不断变细，导致器件的电阻增加，器件的热耗散增大，这限制子器件集成度的进一步提高。
此外，随着器件尺寸的减小，还会出现电流、电压感应击穿现象，同时使器件的结构复杂化，制作成本上升。
要解决这些问题，就必须采取与传统工艺截然不同的思路，从而实现器件尺寸的进一步减小。
随光刻技术的不断发展，传统自上而下的电子芯片制造组装技术到达极限，人们开始试着自下而上从原子分子系统出发，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，从而制备出分子电路、分子开关、分子计算机等。
2.分子导线导线是电路中不可缺少的一种元件，它把各种各样的电子元件连接在一起，起到子信息和能量传输的作用。
同样，我们要设计分子电路，要将分子电路中各种分子元件连接起来称为一个有机的整体，就需要分子导线[2]。
2.1 分子导线概念分子导线是由单个分子或多个分子构成的能够起到传导作用的体系，其传导的对象不仅包括电子和空穴，还包括光子、孤子、自由基电子、极化子和双极化子等。
分子导线能够将一个个分子器件相互连接构成分分子电路，并连接到外部世界，有效的分子导线是实现分子器件之间以及分子器件与外部连接的关键单元。
分子导线，是一种一维链状并且高共扼的分子，其导电性质基于化合物的极化或者电荷转移，分子中应至少存在一个共扼单元。
2.2 分子导线特点分子导线通常都具有如下特点：有π共扼结构的导电长链；含有两个极性的能进行可逆电子交换的活化基团终端；分子链具有是够的长度；与周围绝缘以阻止电子的任意传输。
2.3 超分子分子导线作为研究分子间非共价键相互作用的化学，超分子化学在分子导线的设计上具有其独到的优势。
它对分子导线的关注最初来自于从仿生学的角度研究生物媒介的穿膜电子传送TEF(Trans-membrance electron transfer)[3]，因此这一类型的分子导线在结构上通常都具有如下的特点：允许电子传导的P-共轭长链；含有两个极性的、能进行可逆电子交换的活化基团终端；链具有是够的长度，可与单分子或双分子膜一类的支撑体的厚度相匹配。
2.3.1 传导电子的分子导线将类胡萝卜素(Carotenate)的多烯结构与甲基紫(Methyviologen)的氧化还原特性组合起来，在长链共轭多烯烃两端连上N-取代吡啶基的Caroviologen型分子导线，如图1所示。
它是众多分子导线之中最有代表性的一个，大量研究都表明它的长链与双分子膜的厚度相匹配，并且确实可以起到功能化的分子导线作用。
图 1 Caroviologen型分子导线2.3.2 非线型光学分子导线以Caroviologen结构为基础，在类胡萝卜素的多烯主链两端不对称地修饰上具有电子授受能力的基团，如苯并二硫、THF(Donor)，吡啶、TC-NQ(Acceptor)，所得到的高度可极化推-拉型(Push Pull)[4]分子导线，可以表现出良好的非线型光学特性。
图 2 类胡萝卜素卟啉- 苯醌(C-P-Q )分子导线2.3.3 离子传导隧道型分子导线从大量环状化合物和载体分子的选择性键合作用中得到的信息为设计离子性分子器件提供子基础。
无论是通过大环化合物在管状中间相有组织的堆积，还是通过聚大环单元的轴向桥连，都可以形成分子管束，从而为离子的输送提供隧道。
带有适当取代侧链的大环多胺沿与环平面垂直的轴向堆积所形成的盘状分子，如图3，可以在膜间形成管状中间相，从而成为一种传导离子型分子导线。
图 3 盘状分子离子型分子导线George等在研究套索醚(Lariat ether)的超分子体系时非常巧妙地设计出子一种如图所示的阳离子传导隧道(Cation conductingchannel)。
套索即连接在冠醚环上的侧臂(Sidearms)，这种侧臂的桥连增加子冠醚对阳离子的络合作用，从而形成子环环相串的阳离子传导隧道。
图 4 环环相串的阳离子传导隧道将数条链嫁接到构成有序的中间核多官能大环分子支撑单元上，可以得到一种结构独特的Chundle型穿膜离子隧道。
Chundle的意思可理解为“隧道束”，即(Channel+bundle)[5]。
这种分子是一种有组织的、官能化的纳米结构，对中心大环化合物进行适当的修饰和选择后，它可在分子离子器件方面表现出极大潜力。
图 5 Chundle型穿膜离子隧道2.4 一维盘状液晶分子导线在六取代三苯并环类分子结构中，三个苯并基外侧均由良好绝缘性能的正己烷氧基链所环绕，将少量具有缺电子空轨道的分子(如AlCl3，NOBF4)掺入到盘状液晶分子中，使具有共轭体系的三苯并环中心出现正电荷空穴。
当在沿三苯并环中心轴方向施加一定的电压时，环内电子就可做定向移动。
图 6 三苯并环类盘状液晶(HAT6)形成的分子导线由四硫富瓦烯(TTF)衍生物自组装成的分子导线和线缆属于有机电荷复合体系，由TTF形成的正离子自由基盐聚合物具有金属导电性。
在示意图中，导电部分由部分氧化的TTF分子的P-P相互作用实现。
与普通宏观导线相比，轴向堆积的TTF为导电核，两端大的亲水基团则缠绕成为包围内核的绝缘外层。
图7 四硫富瓦烯(TTF)衍生物自组装成的分子导线和线缆2.5 核酸型分子导线DNA分子以其独特的双螺旋结构和它在生物、生理学上的意义一直都是众多学科所关注的热点，现在分子电子学家也逐渐认识到子DNA分子在构筑分子器件，尤其是生物分子计算机方面所具有的巨大价值[6]。
焦家俊提出子如图8所示的核酸型分子导线原理。
他的设想是以脱氧核糖核酸作导线，再使其两端分别连接具有共轭体系的有机分子作为能量接受端和能量释放端，从而使能量借助脱氧核糖核酸得以传导。
图8 核酸型分子导线3. 分子开关3.1 分子开关概念所谓分子开关就是具有双稳态性质的分子体系。
可以认为，凡通过外界刺激可以可逆地在两种状态间发生转化的任何分子体系都是分子开关。
当外界光、电、热、磁、pH等条件发生改变时，分子的几何结构或化学性质会随之改变，这些变化可以用于信息的存储与传输。
如图所示，触发分子开关的条件通常有光、电驱动，氧化还原反应，STM针尖触发，pH调控等[7]。
图9 触发分子开关的条件3.2 磁性分子开关磁性分子开关由具有自旋性质的组织化分子的集合体或固体晶格构成的，所以本质上属超分子。
利用分子系统工程探讨子高自旋的有机(自由基或卡宾、电荷移动盐等)或有机金属、无机(金属配位中心)的成分[8]。
正如引起自旋和序列化一样，必需将该类基因配置在适当的超分子结构中。
最近迅速发展的分子强磁性的研究就是这一方面的代表。
3.3 荧光分子开关荧光分子开关是通过具有控制荧光效率的有机基团的化学变化如异构体互变、离子配位、氧化还原、光电控制的电子能量转移、质子化、弱键的形成与断裂等来达到实现分子开关的目的。