纳米电子学复习

纳米电子

一章

1、纳米是10-9米，纳米微粒的尺度定义在10-7~10-10米（0.1nm~100nm）

2、请叙述什么是小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应。

①小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度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，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。例如：光学特性上的消光性，热学特性上的熔点降低，磁学特性上的高矫顽力，力学特性上的高强度、高韧性，其它如超导电性、介电性。

②表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子所占百分数会显著增加，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应。

③量子效应：介于原子、分子与大块固体之间的超微颗gau粒，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽，导致微粒的声、光、电、磁、热及超导特性等呈现出反常的特性。例如：导电金属超微粒可以变成绝缘体，光谱线会产生向短波长方向的移动。

④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。例如：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。

3、什么是纳米科技？什么是纳米科技的科学意义？

①纳米科技是指在纳米尺度（1nm~100nm）上研究物质（包括原子、分子的操纵和加工）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学与技术。纳米科技的最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。

②科学意义：a.纳米科技将促使人类认知的革命，纳米尺度上有许多新现象，新规律有待发现，是对人类人认知领域的新开拓；b.纳米科技将引发一场新的工业革命，它是21世纪经济增长的发动机，将促使传统产业“旧貌换新颜”，将推动产品的微型化、高性能化与环境友好化，将极大节约资源和能源，促进生态环境改善，为可持续发展提供技术保证；c.纳米科技将推动各门科学和技术的发展。

4、纳米材料有哪些危害性？（双刃剑）

①纳米材料体积小，在常温下可做布朗运动，悬浮在空间或液体中，这种漂浮和弥散与普通粉尘相比更加无孔不入，对环境和生物体造成污染和损害。

②一切科学技术都会被用于提升战争中武器的威力和通讯的精度。

③纳米科技将创造出许多自然界不存在的物质结构甚至生物体，带来不可预测的风险和威胁。

5、解释纳米材料熔点降低的现象

①由于纳米材料的小尺寸效应，晶体周期性的边界被破坏，非晶态纳米粒子表面层附近的原子密度减小，使得纳米材料的熔点降低。

②由于表面效应，纳米颗粒的尺寸减小，其比表面积显著增加，颗粒表面原子相对增加，从而使得表面原子具有较高的活性且极不稳定，导致熔点降低。

6、纳米科学技术的发展历史

①1959年，理查德·费恩曼提出从原子/分子尺度上加工材料，是纳米科学技术思想起

源；

②1981年，扫描隧道显微镜发明

③1989年，首次在镍表面用氙原子排除“IBM”

④1990年，首届国际纳米科学技术会议召开，标致纳米科学技术作为一门独立学科正式诞生

⑤20世纪90年代，纳米材料制备及其基本性质的研究是纳米科学的研究焦点。并且纳米科学技术的基础科学和应用技术从星星之火走向燎原之势。

⑥21世纪初，纳米科技逐渐成为本世纪最有深远影响的高新科技之一。

二章

1、什么是纳米材料、纳米结构？纳米材料有哪4种维度？举例说明。

①纳米材料广义上讲是指三维方向上至少有一个方向上材料尺度处于纳米尺度的材料，也包括一些复合结构。

②纳米结构指的是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造的一种新体系，包括一维、二维、三维体系。这一过程成为纳米结构的合成和组装。

③零维纳米材料，如纳米颗粒和纳米粉体材料；

一维纳米材料，如纳米线、纳米管、纳米带、纳米梨子链聚集体；

二维纳米材料，如纳米薄膜，半导体量子阱和超晶格结构；

纳米中孔材料，如多孔硅、分子筛。

2、纳米结构的意义

①纳米结构的合成与组装是研究纳米科学与技术的基础；

②纳米结构可将纳米材料分成基本研究单元，便于学习和研究纳米材料的特性；

③纳米结构中的新现象、新规律为纳米材料的基础理论奠定基础；

④纳米结构的合成与组装为制备各种宏观纳米器件提供新的技术；

⑤通过控制纳米结构的组装来控制其性能，提供了功能纳米电子器件的设计基础。

3、简述碳纳米管的制备方法，结构与形态，性能？

①制备方法是通过电弧放电法、模版工艺。

②1991年4月，日本NEC公司的饭岛澄男首次用高分辨透射电镜观察到多壁碳纳米管（MWNTS），是多层同轴管，也叫巴基管；1993年，发现单壁碳纳米管（SWNTS）。

③与多壁碳纳米管相比，单壁碳纳米管是由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围小，缺陷小，具有更高的均匀一致性。

三章

1、纳米CMOS器件新物理效应（沟道长度减小到一定程度后出现的物理效应）

1)影响阈值电压的短沟道效应和窄沟道效应

2)迁移率退化及载流子速度饱和效应

3)影响器件寿命的热载流子效应Hot Carrier Effect

4)造成亚阈特性退化的漏感应势垒降低效应

5)多晶硅耗尽效应

6)源漏串联电阻的影响

7)互连集成技术的挑战

2、CMOS工艺在现代半导体工业中居主流地位的原因

1)CMOS逻辑电路的零静态功耗

2)MOSFET能按比例缩小