电子科技大学：《纳米电子学与自旋电子学》课程教学资源（课件讲稿，陈勇、文歧业）

纳米电子学与 986 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） 一、绪论 二、纳米结构制作技术 三、纳米电子学基础 四、纳米电子器件

第一章绪论 21世纪改变人类的科学技术 科学 物质科学 生命科学 技术 纳米技术 信息技术 生物技术 能源技术

• 21世纪改变人类的科学技术 科学 物质科学 生命科学 技术 纳米技术 信息技术 生物技术 能源技术

纳米科学的内涵 制高点 n-电子学 n-加工 n-生物 基础 n-材料 n-材料 基础 纳米物理 纳米化学 纳米力学

纳米科学的内涵 制高点 n-电子学 n-加工 n-生物 基 础 n-材料 n-材料 基 础 纳米物理 纳米化学 纳米力学

碳纳米管的强度比钢高100多倍，杨氏模量估计 可高达5TPa,这是目前可制备出的具有最高比强度 的材料，而比重却只有钢的1/6；同时碳纳米管还具 有极高的韧性，十分柔软。它被认为是未来的“超 级纤维”，是复合材料中极好的加强材料

• 。 碳纳米管的强度比钢高100多倍，杨氏模量估计 可高达5 TPa， 这是目前可制备出的具有最高比强度 的材料，而比重却只有钢的1/6；同时碳纳米管还具 有极高的韧性，十分柔软。它被认为是未来的 “超 级纤维” ，是复合材料中极好的加强材料

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第二章、纳米结构制作技术 一、 光刻技术 目前纳米结构制作的主要途径是采用光刻手段在 物体上制作纳米量级图形。 随着光学光刻的极限分辨率可以达到光源波长的 一半，193nm波长的光源分辨率则可以达到100nm, 157nm波长的光源分辨率将达到70nm。而由于深紫 外线能被各种材料强烈吸收，继续缩短波长将难 以找到制作光学系统的材料

第二章 、纳米结构制作技术 • 一、光刻技术 • 目前纳米结构制作的主要途径是采用光刻手段在 物体上制作纳米量级图形。 • 随着光学光刻的极限分辨率可以达到光源波长的 一半，193nm波长的光源分辨率则可以达到100nm， 157nm波长的光源分辨率将达到70nm。而由于深紫 外线能被各种材料强烈吸收，继续缩短波长将难 以找到制作光学系统的材料

三、硅各项异性湿法刻蚀 微机械和微机电系统中使用得最多的材料是硅， 单晶硅的(100)、（110)和(111)晶面具有各向异性 的特性，在使用“KOH+H2O”作为腐蚀剂时， (100)、(110)、(111)晶面的蚀刻速率比大致为 400:100:1。可以应用各向异性刻蚀法加工立 体微硅器件。现在立体光刻腐蚀加工技术已是制 造三维立体微硅器件的最基本方法之一。 各向异性湿法腐蚀是指腐蚀剂对某一晶向的腐蚀 速率高于其他方向的腐蚀速率。腐蚀结果的形貌 由腐蚀速率最慢的晶面决定

• 微机械和微机电系统中使用得最多的材料是硅， 单晶硅的(100)、(110)和(111)晶面具有各向异性 的特性，在使用“KOH+H2O”作为腐蚀剂时， (100) 、(110)、(111)晶面的蚀刻速率比大致为 400：100：1。可以应用各向异性刻蚀法加工立 体微硅器件。现在立体光刻腐蚀加工技术已是制 造三维立体微硅器件的最基本方法之一。 • 各向异性湿法腐蚀是指腐蚀剂对某一晶向的腐蚀 速率高于其他方向的腐蚀速率。腐蚀结果的形貌 由腐蚀速率最慢的晶面决定

硅晶体是具有共价键的金刚石立方结构，与碳具有相同的 原子排列，属于一般的闪锌矿型结构类。硅原子的四个共 价键形成一个正四面体，这些正四面体重复排列，构成金 刚石立方结构。 109*28

• 硅晶体是具有共价键的金刚石立方结构，与碳具有相同的 原子排列，属于一般的闪锌矿型结构类。硅原子的四个共 价键形成一个正四面体，这些正四面体重复排列，构成金 刚石立方结构

硅晶体结构 +4 +4】 两个电子的共价键 ● 4】 +4 (+4 正离子核 +4 S引晶体结构平面示意图 硅晶体的立体结构示意图 面心立方晶体

Si晶体结构平面示意图 面心立方晶体