打印有序納米結(jié)構(gòu)和自組裝PPT課件

1、有序納米結(jié)構(gòu)有序納米結(jié)構(gòu)關(guān)于有序納米結(jié)構(gòu)關(guān)于有序納米結(jié)構(gòu)v有序納米結(jié)構(gòu)：是指由零維、一維納米材料構(gòu)筑有序納米結(jié)構(gòu)：是指由零維、一維納米材料構(gòu)筑的，在長(zhǎng)程范圍內(nèi)具有一定排布規(guī)律，有序穩(wěn)定的，在長(zhǎng)程范圍內(nèi)具有一定排布規(guī)律，有序穩(wěn)定的納米結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)v一直以來(lái)，科學(xué)家都?jí)粝雽?duì)納米材料的可控制備，一直以來(lái)，科學(xué)家都?jí)粝雽?duì)納米材料的可控制備，有序納米結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了這個(gè)夢(mèng)想。因?yàn)樗行蚣{米結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了這個(gè)夢(mèng)想。因?yàn)樗鼜?qiáng)調(diào)按照人們的意愿設(shè)計(jì)、組裝、開發(fā)納米材更強(qiáng)調(diào)按照人們的意愿設(shè)計(jì)、組裝、開發(fā)納米材料料v因此，有序納米結(jié)構(gòu)組裝體系是今后納米材料合因此，有序納米結(jié)構(gòu)組裝體系是今后納米材料合成研究

2、的主導(dǎo)領(lǐng)域，是將納米材料走向器件應(yīng)用成研究的主導(dǎo)領(lǐng)域，是將納米材料走向器件應(yīng)用的關(guān)鍵一步的關(guān)鍵一步分類分類納米尺度的加工技術(shù)有兩類：納米尺度的加工技術(shù)有兩類：“ 自上而下自上而下” 方式方式(Top-down)用用光線光線或或電子束電子束等削除大片材料，從而等削除大片材料，從而留下所需要的留下所需要的微細(xì)圖形微細(xì)圖形結(jié)構(gòu)，主要用于結(jié)構(gòu)，主要用于制造存儲(chǔ)器和制造存儲(chǔ)器和CPU等半導(dǎo)體器件，等半導(dǎo)體器件，如如納米刻蝕技術(shù)。納米刻蝕技術(shù)。“ 自下而上自下而上” 方式方式(Bottom-up)用人工手段把原子或分子一層一層淀積用人工手段把原子或分子一層一層淀積來(lái)，形成新的晶體結(jié)構(gòu)，從而造出新的來(lái)，形成

3、新的晶體結(jié)構(gòu)，從而造出新的物質(zhì)或者新的器件，物質(zhì)或者新的器件，如自組裝方法如自組裝方法。主要內(nèi)容主要內(nèi)容納米刻蝕技術(shù)納米刻蝕技術(shù)1自組裝技術(shù)自組裝技術(shù)2自下而上和自上而下相結(jié)合制備自下而上和自上而下相結(jié)合制備有序納米結(jié)構(gòu)有序納米結(jié)構(gòu)有序納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有序納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用4v納米刻蝕技術(shù)是一種微細(xì)加工技術(shù)納米刻蝕技術(shù)是一種微細(xì)加工技術(shù)v它的發(fā)展將加工精度從它的發(fā)展將加工精度從微米級(jí)微米級(jí)提高到提高到納米級(jí)。納米級(jí)。v納米級(jí)加工是將待加工器件表面的納米結(jié)構(gòu)單元、納米級(jí)加工是將待加工器件表面的納米結(jié)構(gòu)單元、甚至是原子或分子作為直接的加工對(duì)象，因此，甚至是原子或分子作為直接的加工對(duì)象，因此，其物理實(shí)質(zhì)就

4、是實(shí)現(xiàn)原子和分子的去除和增添其物理實(shí)質(zhì)就是實(shí)現(xiàn)原子和分子的去除和增添v納米加工的發(fā)展為各種新穎的電子學(xué)、光學(xué)、磁納米加工的發(fā)展為各種新穎的電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)納米功能器件的開發(fā)提供了廣闊前景學(xué)、力學(xué)納米功能器件的開發(fā)提供了廣闊前景1、納米刻蝕技術(shù)、納米刻蝕技術(shù)納米刻蝕技術(shù)納米刻蝕技術(shù)極紫外光刻（極紫外光刻（ EUVL ）X射線光刻（射線光刻（XRL）電子束刻蝕（電子束刻蝕（EBL）離子束刻蝕（離子束刻蝕（IBL）納米壓印技術(shù)（納米壓印技術(shù)（NIL）其它納米刻蝕技術(shù)其它納米刻蝕技術(shù)納米掩膜刻蝕技術(shù)納米掩膜刻蝕技術(shù)基于掃描探針顯微基于掃描探針顯微鏡的納米刻蝕技術(shù)鏡的納米刻蝕技術(shù)蘸筆納米印刷術(shù)蘸

5、筆納米印刷術(shù)極紫外光刻（極紫外光刻（EUVL）和）和X射線光刻（射線光刻（XRL）Extreme Ultravoilet Lithography, EUVL; X-Ray Lithography, XRL傳統(tǒng)光刻工藝中的一些基本概念傳統(tǒng)光刻工藝中的一些基本概念v 光刻：光刻： 利用光致抗蝕劑的光敏性和抗蝕性，配合光掩膜板對(duì)光透射的選利用光致抗蝕劑的光敏性和抗蝕性，配合光掩膜板對(duì)光透射的選擇性，使用光學(xué)和化學(xué)的方法完成特定區(qū)域刻蝕的過程擇性，使用光學(xué)和化學(xué)的方法完成特定區(qū)域刻蝕的過程v 光致刻蝕劑：光致刻蝕劑： 簡(jiǎn)稱光刻膠或抗蝕劑，是一種光照后可改變抗蝕能力的高分子化簡(jiǎn)稱光刻膠或抗蝕劑，是一種光

6、照后可改變抗蝕能力的高分子化合物。區(qū)分為正、負(fù)抗蝕劑兩種合物。區(qū)分為正、負(fù)抗蝕劑兩種v 正抗蝕劑：正抗蝕劑： 紫外光照后，曝光區(qū)域在顯影液中變得可溶紫外光照后，曝光區(qū)域在顯影液中變得可溶v 負(fù)抗蝕劑：負(fù)抗蝕劑： 光照后，曝光區(qū)域在顯影液中變得不可溶光照后，曝光區(qū)域在顯影液中變得不可溶v 光掩膜板：光掩膜板： 俗稱光掩膜或光刻板，是指在光照時(shí)覆蓋于光刻膠膜上，除特定俗稱光掩膜或光刻板，是指在光照時(shí)覆蓋于光刻膠膜上，除特定區(qū)域外均對(duì)光有掩蔽作用的圖樣區(qū)域外均對(duì)光有掩蔽作用的圖樣光刻技術(shù)光刻技術(shù)主要包括主要包括圖形復(fù)印圖形復(fù)印和和定域刻蝕定域刻蝕兩個(gè)方面。兩個(gè)方面。圖形復(fù)印圖形復(fù)印經(jīng)曝光系統(tǒng)將預(yù)制在

7、掩模板上的器件或電路圖形按所要求的位經(jīng)曝光系統(tǒng)將預(yù)制在掩模板上的器件或電路圖形按所要求的位置，精確傳遞到預(yù)涂在晶片表面或介質(zhì)層上的光致抗蝕劑薄層置，精確傳遞到預(yù)涂在晶片表面或介質(zhì)層上的光致抗蝕劑薄層上。光通過光掩模板透射到光致抗蝕劑上，通過改變抗蝕劑的上。光通過光掩模板透射到光致抗蝕劑上，通過改變抗蝕劑的化學(xué)性質(zhì)和溶解性，在基片上印上一定圖樣的電路?；瘜W(xué)性質(zhì)和溶解性，在基片上印上一定圖樣的電路。即用普通光學(xué)手即用普通光學(xué)手段將模板上的圖段將模板上的圖形透射到抗蝕劑形透射到抗蝕劑層層(曝光工序曝光工序) ，經(jīng)顯影在曝光區(qū)經(jīng)顯影在曝光區(qū)(對(duì)于正抗蝕劑對(duì)于正抗蝕劑)或未曝光區(qū)或未曝光區(qū)(對(duì)對(duì)于負(fù)抗蝕

8、劑于負(fù)抗蝕劑)便便能留下干凈的半能留下干凈的半導(dǎo)體表面，流程導(dǎo)體表面，流程圖見圖圖見圖5-2。傳統(tǒng)光刻工藝過程傳統(tǒng)光刻工藝過程定域刻蝕定域刻蝕v 定域刻蝕：利用化學(xué)或物理方法，將光刻膠薄層未掩蔽的定域刻蝕：利用化學(xué)或物理方法，將光刻膠薄層未掩蔽的晶片表面或介質(zhì)層除去，從而在晶片表面或介質(zhì)層上獲得晶片表面或介質(zhì)層除去，從而在晶片表面或介質(zhì)層上獲得與光刻膠薄層圖形完全一致的圖形。與光刻膠薄層圖形完全一致的圖形。復(fù)印好的圖形復(fù)印好的圖形腐蝕腐蝕繼續(xù)腐蝕繼續(xù)腐蝕沉積沉積剝離剝離剝離剝離傳統(tǒng)光刻工藝中的定域刻蝕過程示意圖傳統(tǒng)光刻工藝中的定域刻蝕過程示意圖介質(zhì)層介質(zhì)層抗蝕劑抗蝕劑襯底襯底沉積物沉積物分辨率

9、和焦深分辨率和焦深v在光刻技術(shù)中，對(duì)成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)有在光刻技術(shù)中，對(duì)成像質(zhì)量的評(píng)價(jià)有2個(gè)重要指標(biāo)：個(gè)重要指標(biāo)：v分辨率：分辨率： 即能分辨的最小線寬，線寬越小，分辨率越高。分辨即能分辨的最小線寬，線寬越小，分辨率越高。分辨率決定了芯片上單個(gè)器件的最小尺寸率決定了芯片上單個(gè)器件的最小尺寸v焦深：焦深： 即能夠刻出最小線寬時(shí)，像面偏離理想腳面的范圍。即能夠刻出最小線寬時(shí)，像面偏離理想腳面的范圍。焦深越大，對(duì)圖形制作越有利焦深越大，對(duì)圖形制作越有利瑞利定律瑞利定律v 根據(jù)瑞利定律根據(jù)瑞利定律NAkR122)(NAkDv 減小減小波長(zhǎng)、增加波長(zhǎng)、增加數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑、減小、減小k1和和k2是等都可以是

10、等都可以提高提高光刻光刻的分辨率，其中的分辨率，其中減小波長(zhǎng)減小波長(zhǎng)是是提高提高光刻分辨率的主要手段光刻分辨率的主要手段v 曝光系統(tǒng)的極限分辨率為曝光系統(tǒng)的極限分辨率為/2，即半波長(zhǎng)。因此，波長(zhǎng)為，即半波長(zhǎng)。因此，波長(zhǎng)為193nm的光源（的光源（ArF激光器）分辨率可達(dá)激光器）分辨率可達(dá)100nm；157nm的的光源（光源（F2激光器）可達(dá)激光器）可達(dá)80nmv 為制備更小尺寸的微結(jié)構(gòu)，人們對(duì)光源不斷改進(jìn)，即出現(xiàn)為制備更小尺寸的微結(jié)構(gòu)，人們對(duì)光源不斷改進(jìn)，即出現(xiàn)了極紫外光刻技術(shù)了極紫外光刻技術(shù)(EUVL)和和X射線光刻技術(shù)（射線光刻技術(shù)（XRL）極紫外光刻技術(shù)極紫外光刻技術(shù)(EUVL) v用波

11、長(zhǎng)范圍為用波長(zhǎng)范圍為1114nm的光，經(jīng)過周期性多層膜的光，經(jīng)過周期性多層膜反射鏡，照射到反射掩模上，反射出的反射鏡，照射到反射掩模上，反射出的 EUV光再光再經(jīng)過投影系統(tǒng)，將掩模圖形形成在硅片的光刻膠經(jīng)過投影系統(tǒng)，將掩模圖形形成在硅片的光刻膠上上(圖圖5-4)。極紫外光刻技術(shù)極紫外光刻技術(shù)v極紫外光的波長(zhǎng)可達(dá)極紫外光的波長(zhǎng)可達(dá)1114nm，采用，采用Si和和Mo組組成的多層膜作為掩模板，可實(shí)現(xiàn)理論分辨率為成的多層膜作為掩模板，可實(shí)現(xiàn)理論分辨率為7nm的光刻的光刻EUVL光刻實(shí)例光刻實(shí)例X射線光刻技術(shù)射線光刻技術(shù)vX射線的波長(zhǎng)更短，通常采用射線的波長(zhǎng)更短，通常采用0.41.4nm的的X射線。射

12、線。XRL光刻實(shí)例光刻實(shí)例電子束刻蝕（電子束刻蝕（EBL）和離子束刻蝕（）和離子束刻蝕（IBL）電子束刻蝕和離子束刻蝕電子束刻蝕和離子束刻蝕v在光學(xué)光刻技術(shù)中，由于極紫外線很容易被各種在光學(xué)光刻技術(shù)中，由于極紫外線很容易被各種材料所吸收，繼續(xù)縮短波長(zhǎng)很難找到制作光學(xué)系材料所吸收，繼續(xù)縮短波長(zhǎng)很難找到制作光學(xué)系統(tǒng)和掩模板的材料，這使得光學(xué)光刻在技術(shù)上遇統(tǒng)和掩模板的材料，這使得光學(xué)光刻在技術(shù)上遇到了難以跨越的困難到了難以跨越的困難v而帶電粒子束（電子和離子）刻蝕，則具有而帶電粒子束（電子和離子）刻蝕，則具有無(wú)須無(wú)須掩模掩模、波長(zhǎng)更短波長(zhǎng)更短以及以及用電磁透鏡聚焦用電磁透鏡聚焦的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)v這使得人

13、們將目標(biāo)從光學(xué)光刻轉(zhuǎn)到了電子束或粒這使得人們將目標(biāo)從光學(xué)光刻轉(zhuǎn)到了電子束或粒子束刻蝕上子束刻蝕上電子束刻蝕電子束刻蝕v 電子束的輻射波長(zhǎng)則可通過增大能量來(lái)大大縮短電子束的輻射波長(zhǎng)則可通過增大能量來(lái)大大縮短v 其中其中為波長(zhǎng)，為波長(zhǎng)，h為普朗克常數(shù)，為普朗克常數(shù)，m0為電子質(zhì)量，為電子質(zhì)量，c電子的運(yùn)動(dòng)速度電子的運(yùn)動(dòng)速度v 因此電子束曝光的分辨率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光學(xué)光刻，電子束曝因此電子束曝光的分辨率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光學(xué)光刻，電子束曝光制作的最小器件尺寸可達(dá)光制作的最小器件尺寸可達(dá)1020nm，若加速電壓高達(dá)，若加速電壓高達(dá)100kV時(shí)，則可制作時(shí)，則可制作12nm的單電子器件的單電子器件cmh0電子束刻蝕

14、電子束刻蝕圖圖5-9 EBL技術(shù)實(shí)例技術(shù)實(shí)例電子束刻蝕的缺點(diǎn)電子束刻蝕的缺點(diǎn)v電子束刻蝕也存在一些嚴(yán)重缺點(diǎn)：電子束刻蝕也存在一些嚴(yán)重缺點(diǎn)： 刻蝕速度極慢，無(wú)法工業(yè)化批量生產(chǎn)刻蝕速度極慢，無(wú)法工業(yè)化批量生產(chǎn) 因電子質(zhì)量輕，感光膠過程中散射范圍大，散射電子會(huì)因電子質(zhì)量輕，感光膠過程中散射范圍大，散射電子會(huì)影響鄰近電路圖形的曝光質(zhì)量影響鄰近電路圖形的曝光質(zhì)量v目前的趨勢(shì)是，將電子束刻蝕與光學(xué)光刻混合，目前的趨勢(shì)是，將電子束刻蝕與光學(xué)光刻混合，即大部分工藝由光學(xué)光刻完成，精細(xì)圖形由電子即大部分工藝由光學(xué)光刻完成，精細(xì)圖形由電子束刻蝕完成束刻蝕完成離子束刻蝕離子束刻蝕v離子束刻蝕的加工原理與電子束類似離

15、子束刻蝕的加工原理與電子束類似v采用高能離子的轟擊作用直接對(duì)被加工工件進(jìn)行采用高能離子的轟擊作用直接對(duì)被加工工件進(jìn)行物理濺蝕，以實(shí)現(xiàn)原子級(jí)的微細(xì)加工物理濺蝕，以實(shí)現(xiàn)原子級(jí)的微細(xì)加工CPU制造制造沙子沙子：硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素，而沙子：硅是地殼內(nèi)第二豐富的元素，而沙子( (尤其是石英尤其是石英) )最多包含最多包含2525的硅元素，以二氧化硅的硅元素，以二氧化硅(SiO2)(SiO2)的形式存在，的形式存在，這也是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。這也是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。CPU制造制造硅熔煉：硅熔煉：通過多步凈化得到可用于半導(dǎo)體制造的硅，學(xué)通過多步凈化得到可用于半導(dǎo)體制造的硅，學(xué)名電子級(jí)硅名電子級(jí)硅(EGS

16、)，平均每一百萬(wàn)個(gè)硅原子中最多只有，平均每一百萬(wàn)個(gè)硅原子中最多只有一個(gè)雜質(zhì)原子。此圖展示了是如何通過硅凈化熔煉得到一個(gè)雜質(zhì)原子。此圖展示了是如何通過硅凈化熔煉得到大晶體的，最后得到的就是硅錠大晶體的，最后得到的就是硅錠(Ingot)。CPU制造制造 單晶硅錠單晶硅錠：整體基本呈圓柱形，硅純度：整體基本呈圓柱形，硅純度99.9999。CPU制造制造 硅錠切割硅錠切割：橫向切割成圓形的單個(gè)硅片，也就是我們：橫向切割成圓形的單個(gè)硅片，也就是我們常說的晶圓常說的晶圓(Wafer)。CPU制造制造 晶圓晶圓：切割出的晶圓經(jīng)過拋光后變得幾乎完美無(wú)瑕，表：切割出的晶圓經(jīng)過拋光后變得幾乎完美無(wú)瑕，表面甚至可以

17、當(dāng)鏡子。面甚至可以當(dāng)鏡子。Intel自己并不生產(chǎn)這種晶圓，而是自己并不生產(chǎn)這種晶圓，而是直接購(gòu)買成品，然后利用自己的生產(chǎn)線進(jìn)一步加工。直接購(gòu)買成品，然后利用自己的生產(chǎn)線進(jìn)一步加工。CPU制造制造 光刻膠光刻膠(Photo Resist)：圖中藍(lán)色部分就是在晶圓旋轉(zhuǎn)：圖中藍(lán)色部分就是在晶圓旋轉(zhuǎn)過程中澆上去的光刻膠液體，晶圓旋轉(zhuǎn)可以讓光刻膠鋪過程中澆上去的光刻膠液體，晶圓旋轉(zhuǎn)可以讓光刻膠鋪的非常薄、非常平。的非常薄、非常平。CPU制造制造 光刻一：光刻一：光刻膠層隨后透過掩模被曝光在紫外線之下，光刻膠層隨后透過掩模被曝光在紫外線之下，期間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)類似按下機(jī)械相機(jī)快門那一刻膠片期間發(fā)生的化學(xué)反

18、應(yīng)類似按下機(jī)械相機(jī)快門那一刻膠片的變化。掩模上預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路圖案就會(huì)復(fù)印在光刻的變化。掩模上預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路圖案就會(huì)復(fù)印在光刻膠層上，在光刻膠層上形成微處理器的每一層電路圖案。膠層上，在光刻膠層上形成微處理器的每一層電路圖案。CPU制造制造 光刻二光刻二：一塊晶圓上可以切割出數(shù)百個(gè)處理器，不過從：一塊晶圓上可以切割出數(shù)百個(gè)處理器，不過從這里開始把視野縮小到單個(gè)上，了解如何制作晶體管等這里開始把視野縮小到單個(gè)上，了解如何制作晶體管等部件，一個(gè)針頭上就能放下大約部件，一個(gè)針頭上就能放下大約3000萬(wàn)個(gè)晶體管。萬(wàn)個(gè)晶體管。CPU制造制造 溶解光刻膠溶解光刻膠：光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被：光

19、刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉，清除后留下的圖案和掩模上的一致溶解掉，清除后留下的圖案和掩模上的一致CPU制造制造 蝕刻蝕刻：用化學(xué)物質(zhì)將抗蝕劑薄層未掩蔽的晶片表面溶解：用化學(xué)物質(zhì)將抗蝕劑薄層未掩蔽的晶片表面溶解掉，從而在晶片表面上獲得與光刻膠薄層圖形完全一致掉，從而在晶片表面上獲得與光刻膠薄層圖形完全一致的圖形。的圖形。CPU制造制造 清除光刻膠清除光刻膠：蝕刻完成后，光刻膠的使命宣告完成，全：蝕刻完成后，光刻膠的使命宣告完成，全部清除后就可以看到設(shè)計(jì)好的電路圖案。部清除后就可以看到設(shè)計(jì)好的電路圖案。CPU制造制造 光刻膠光刻膠：再次澆上光刻膠：再次澆上光刻膠(藍(lán)色部分藍(lán)色部分)，然

20、后光刻，并洗，然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來(lái)保護(hù)不會(huì)離子注掉曝光的部分，剩下的光刻膠還是用來(lái)保護(hù)不會(huì)離子注入的那部分材料。入的那部分材料。CPU制造制造 離子注入離子注入(Ion Implantation)：在真空系統(tǒng)中，用經(jīng)過：在真空系統(tǒng)中，用經(jīng)過加速的離子照射加速的離子照射(注入注入)固體材料，從而在被注入的區(qū)域固體材料，從而在被注入的區(qū)域形成特殊的注入層，并改變這些區(qū)域的硅的導(dǎo)電性。形成特殊的注入層，并改變這些區(qū)域的硅的導(dǎo)電性。CPU制造制造 清除光刻膠清除光刻膠：離子注入完成后，光刻膠也被清除，而注：離子注入完成后，光刻膠也被清除，而注入?yún)^(qū)域入?yún)^(qū)域(綠色部分綠色部分)

21、 已摻雜，注入了不同的原子。已摻雜，注入了不同的原子。CPU制造制造 晶體管就緒晶體管就緒：至此，晶體管已經(jīng)基本完成。在蝕刻出三：至此，晶體管已經(jīng)基本完成。在蝕刻出三個(gè)孔洞，并填充銅，以便和其它晶體管互連。個(gè)孔洞，并填充銅，以便和其它晶體管互連。銅層銅層：電：電鍍完成后，形成一個(gè)薄薄的銅層。鍍完成后，形成一個(gè)薄薄的銅層。CPU制造制造 晶圓切片晶圓切片(Slicing)：將晶圓切割成塊，每一塊就是一：將晶圓切割成塊，每一塊就是一個(gè)處理器的內(nèi)核。個(gè)處理器的內(nèi)核。CPU制造制造 單個(gè)內(nèi)核單個(gè)內(nèi)核：內(nèi)核級(jí)別。從晶圓上切割下來(lái)的單個(gè)內(nèi)核，：內(nèi)核級(jí)別。從晶圓上切割下來(lái)的單個(gè)內(nèi)核， 封裝：襯底封裝：襯底(

22、基片基片)、內(nèi)核、散熱片堆疊在一起，就形成、內(nèi)核、散熱片堆疊在一起，就形成了我們看到的處理器的樣子。襯底了我們看到的處理器的樣子。襯底(綠色綠色)相當(dāng)于一個(gè)底相當(dāng)于一個(gè)底座，并為處理器內(nèi)核提供電氣與機(jī)械界面，便于與座，并為處理器內(nèi)核提供電氣與機(jī)械界面，便于與PC系系統(tǒng)的其它部分交互。散熱片統(tǒng)的其它部分交互。散熱片(銀色銀色)就是負(fù)責(zé)內(nèi)核散熱。就是負(fù)責(zé)內(nèi)核散熱。納米壓印技術(shù)納米壓印技術(shù)納米壓印技術(shù)（納米壓印技術(shù)（NIL）納米壓印技術(shù)納米壓印技術(shù)v納米壓印光刻技術(shù)始于納米壓印光刻技術(shù)始于Chou教授主持的普林斯頓教授主持的普林斯頓大學(xué)的納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室大學(xué)的納米結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室v它是通過將具有納米圖案的模

23、板以機(jī)械力（高溫、它是通過將具有納米圖案的模板以機(jī)械力（高溫、高壓）壓在涂有高分子材料的硅基板上，是等比高壓）壓在涂有高分子材料的硅基板上，是等比例壓印復(fù)制納米圖案例壓印復(fù)制納米圖案v其加工分辨率只與模板圖案尺寸有關(guān)，不受光學(xué)其加工分辨率只與模板圖案尺寸有關(guān)，不受光學(xué)光刻的最短曝光波長(zhǎng)的限制光刻的最短曝光波長(zhǎng)的限制v這種光刻方法具有成本低、效率高的特點(diǎn)，有望這種光刻方法具有成本低、效率高的特點(diǎn)，有望成為下一代電子和光電子產(chǎn)業(yè)的基本技術(shù)成為下一代電子和光電子產(chǎn)業(yè)的基本技術(shù)納米壓印技術(shù)納米壓印技術(shù)v納米壓印技術(shù)主要有納米壓印技術(shù)主要有3種：種： (1) 熱壓印技術(shù)（熱壓印技術(shù)（HEL） (2) 紫

24、外壓?。ㄗ贤鈮河。║V-NIL） (3) 微接觸印刷（微接觸印刷（CP）熱壓印技術(shù)（熱壓印技術(shù)（HEL）v熱壓印技術(shù)是在微納米尺度獲得并進(jìn)行復(fù)制結(jié)構(gòu)熱壓印技術(shù)是在微納米尺度獲得并進(jìn)行復(fù)制結(jié)構(gòu)的一種低成本而快速的方法，其工藝如下：的一種低成本而快速的方法，其工藝如下：熱壓印技術(shù)的工藝流程熱壓印技術(shù)的工藝流程v熱壓印過程須在熱壓印過程須在1Pa的真空下進(jìn)行，以避免由于的真空下進(jìn)行，以避免由于空氣氣泡的存在造成壓印圖案畸變空氣氣泡的存在造成壓印圖案畸變v熱壓印印章選用熱壓印印章選用SiC材料制造，是因?yàn)椴牧现圃欤且驗(yàn)镾iC材料硬材料硬度大、化學(xué)穩(wěn)定性好度大、化學(xué)穩(wěn)定性好熱壓印技術(shù)（熱壓印技術(shù)（HE

25、L）實(shí)例）實(shí)例 圖中左圖為硅印章，中圖為在硅圓片上的納圖中左圖為硅印章，中圖為在硅圓片上的納米圖案，右圖為線寬為米圖案，右圖為線寬為200nm的條線圖案的條線圖案熱壓印技術(shù)實(shí)例熱壓印技術(shù)實(shí)例納米壓印技術(shù)實(shí)例納米壓印技術(shù)實(shí)例紫外壓印實(shí)例紫外壓印實(shí)例v 上圖展示的紫外壓印得到的直徑為上圖展示的紫外壓印得到的直徑為50nm的平行柱狀陣列、納的平行柱狀陣列、納米片陣列和米片陣列和60角兩次交叉壓印的金剛石狀陣列角兩次交叉壓印的金剛石狀陣列微接觸印刷微接觸印刷v是用彈性模板結(jié)合自組裝單分子層技術(shù)在基片上是用彈性模板結(jié)合自組裝單分子層技術(shù)在基片上印刷圖形的技術(shù)印刷圖形的技術(shù)v是一種形成高質(zhì)量微結(jié)構(gòu)的低成本

26、方法，可直接是一種形成高質(zhì)量微結(jié)構(gòu)的低成本方法，可直接用于大面積的簡(jiǎn)單圖案的制作用于大面積的簡(jiǎn)單圖案的制作v適用于微米至納米級(jí)圖形的制作，最小分辨率可適用于微米至納米級(jí)圖形的制作，最小分辨率可達(dá)達(dá)35nmv在微制造，生物傳感器、表面性質(zhì)研究方面有重在微制造，生物傳感器、表面性質(zhì)研究方面有重要應(yīng)用要應(yīng)用上述三種納米壓印技術(shù)（上述三種納米壓印技術(shù)（NIL）的特點(diǎn)）的特點(diǎn)vNIL技術(shù)除具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)外，還具有一個(gè)技術(shù)除具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)外，還具有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)突出的優(yōu)點(diǎn)v就是采用層層壓印的方式獲得三維有序納米結(jié)構(gòu)就是采用層層壓印的方式獲得三維有序納米結(jié)構(gòu)圖圖5-14 多層壓印技術(shù)及其實(shí)例多層壓印

27、技術(shù)及其實(shí)例自組裝技術(shù)自組裝技術(shù)2、自組裝技術(shù)、自組裝技術(shù)v自組裝是自然界普遍存在的現(xiàn)象，生物的細(xì)胞、自組裝是自然界普遍存在的現(xiàn)象，生物的細(xì)胞、動(dòng)物的骨骼、貝殼、珍珠、天然礦物沸石等，皆動(dòng)物的骨骼、貝殼、珍珠、天然礦物沸石等，皆是大自然自組裝的具有納米結(jié)構(gòu)的材料是大自然自組裝的具有納米結(jié)構(gòu)的材料圖圖5-17 浮游生物體內(nèi)有序的石灰質(zhì)結(jié)構(gòu)浮游生物體內(nèi)有序的石灰質(zhì)結(jié)構(gòu)自組裝技術(shù)自組裝技術(shù)自組裝技術(shù)自組裝技術(shù)v人為利用自組裝技術(shù)合成材料僅有人為利用自組裝技術(shù)合成材料僅有20年的歷史。年的歷史。普遍認(rèn)為納米材料的自組裝是在合適的物理、化普遍認(rèn)為納米材料的自組裝是在合適的物理、化學(xué)條件下，原子、分子、粒

28、子和其它結(jié)構(gòu)單元，學(xué)條件下，原子、分子、粒子和其它結(jié)構(gòu)單元，通過氫鍵、范德華力、靜電力等非共價(jià)鍵的相互通過氫鍵、范德華力、靜電力等非共價(jià)鍵的相互作用、親水作用、親水-疏水相互作用，在系統(tǒng)能量最低性原疏水相互作用，在系統(tǒng)能量最低性原理的驅(qū)動(dòng)下，自發(fā)形成具有納米結(jié)構(gòu)材料的過程理的驅(qū)動(dòng)下，自發(fā)形成具有納米結(jié)構(gòu)材料的過程v對(duì)自組裝過程，最重要的驅(qū)動(dòng)力是對(duì)自組裝過程，最重要的驅(qū)動(dòng)力是各結(jié)構(gòu)單元之各結(jié)構(gòu)單元之間的相互作用能。間的相互作用能。微觀粒子間的相互作用能微觀粒子間的相互作用能微觀粒子間的相互作用能微觀粒子間的相互作用能v首先，納米粒子都是帶電的，所以粒子之間存在首先，納米粒子都是帶電的，所以粒子之

29、間存在靜電力靜電力v其次，粒子之間永遠(yuǎn)存在一種引力，即范德華力。其次，粒子之間永遠(yuǎn)存在一種引力，即范德華力。v粒子間的相互作用能就是由靜電斥力和范德華引粒子間的相互作用能就是由靜電斥力和范德華引力共同作用的結(jié)果，即力共同作用的結(jié)果，即DLVO理論理論自組裝技術(shù)自組裝技術(shù)v1.表面活性劑分子的自組裝表面活性劑分子的自組裝v2.微乳液法自組裝微乳液法自組裝v3.利用范德瓦爾斯力自組裝利用范德瓦爾斯力自組裝v4.利用靜電引力自組裝利用靜電引力自組裝v5.模板法自組裝模板法自組裝v6.氣相催化自組裝氣相催化自組裝v7.利用表面張力和毛細(xì)管力自組裝利用表面張力和毛細(xì)管力自組裝v8.取向搭接自組裝取向搭接

30、自組裝表面活性劑的結(jié)構(gòu)表面活性劑的結(jié)構(gòu)v表面活性劑：頭部至少有一個(gè)親水性基團(tuán)，尾部表面活性劑：頭部至少有一個(gè)親水性基團(tuán)，尾部有一個(gè)疏水性基團(tuán)，低濃度下，可吸附在表面或有一個(gè)疏水性基團(tuán)，低濃度下，可吸附在表面或界面上來(lái)降低表面能界面上來(lái)降低表面能表面活性劑分子的結(jié)構(gòu)示意圖表面活性劑分子的結(jié)構(gòu)示意圖表面活性劑的存在狀態(tài)及臨界膠束濃度表面活性劑的存在狀態(tài)及臨界膠束濃度v表面活性劑分子存在的表面活性劑分子存在的2種狀態(tài)：種狀態(tài)： 分散狀態(tài)：即分子的游離狀態(tài)分散狀態(tài)：即分子的游離狀態(tài) 凝聚狀態(tài)：即形成膠束的狀態(tài)凝聚狀態(tài)：即形成膠束的狀態(tài)v溶液成分不同，可能形成溶液成分不同，可能形成球形、類棒狀、有序六角

31、、球形、類棒狀、有序六角、立方、片狀、層狀、反向立方、片狀、層狀、反向等膠束等膠束v含有有序膠束結(jié)構(gòu)的溶液含有有序膠束結(jié)構(gòu)的溶液脫水后變?yōu)槟z、在經(jīng)過脫水后變?yōu)槟z、在經(jīng)過干燥、焙燒、如果骨架不干燥、焙燒、如果骨架不塌陷，就成為有序介孔材塌陷，就成為有序介孔材料料幾種膠束的結(jié)構(gòu)示意圖幾種膠束的結(jié)構(gòu)示意圖微乳液法自組裝微乳液法自組裝v微乳液法也稱作表面活性劑模板法，利用表面活微乳液法也稱作表面活性劑模板法，利用表面活性劑分子在溶液中可聚集形成膠團(tuán)（反膠束）、性劑分子在溶液中可聚集形成膠團(tuán)（反膠束）、微乳液（反相微乳液）、液晶及囊泡等多種有序微乳液（反相微乳液）、液晶及囊泡等多種有序微結(jié)構(gòu)微結(jié)構(gòu)v

32、這些微結(jié)構(gòu)大都在納米尺度范圍內(nèi)，可為化學(xué)反這些微結(jié)構(gòu)大都在納米尺度范圍內(nèi)，可為化學(xué)反應(yīng)提供特殊的微環(huán)境，即可以作為微反應(yīng)器，也應(yīng)提供特殊的微環(huán)境，即可以作為微反應(yīng)器，也可以起到模板的作用可以起到模板的作用v利用表面活性劑模板法已經(jīng)制備了氧化物、鹵化利用表面活性劑模板法已經(jīng)制備了氧化物、鹵化物、硫?qū)倩衔铩⒔饘?、聚合物、配合物以及無(wú)物、硫?qū)倩衔铩⒔饘?、聚合物、配合物以及無(wú)機(jī)鹽等多種納米結(jié)構(gòu)材料機(jī)鹽等多種納米結(jié)構(gòu)材料微乳液法自組裝微乳液法自組裝v例如：利用表面活性劑的吸附、隔離等作用，再例如：利用表面活性劑的吸附、隔離等作用，再經(jīng)過自組裝得到的經(jīng)過自組裝得到的Co和和FePt的有序圖案的有序圖案

33、圖圖5-20 微乳液法自組裝微乳液法自組裝Co和和FePt的有序納米結(jié)構(gòu)的有序納米結(jié)構(gòu)利用范德華力自組裝利用范德華力自組裝v利用范德華力將一種或兩種不同材料、不同粒度利用范德華力將一種或兩種不同材料、不同粒度的納米微粒組裝在一起，可分別形成一元或二元的納米微粒組裝在一起，可分別形成一元或二元晶體（晶體（BNSL）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)v自組裝過程的推動(dòng)力是納米粒子堆積密度的最大自組裝過程的推動(dòng)力是納米粒子堆積密度的最大化，這與范德華力結(jié)合的本質(zhì)是一致的化，這與范德華力結(jié)合的本質(zhì)是一致的v這種自組裝方法對(duì)于設(shè)計(jì)具有新性質(zhì)的納米尺度這種自組裝方法對(duì)于設(shè)計(jì)具有新性質(zhì)的納米尺度的材料具有重要意義的材料具有重要意義

34、材料學(xué)院材料學(xué)院58范德華力自組裝實(shí)例范德華力自組裝實(shí)例圖圖5-21 二元納米粒子自組裝為超晶格結(jié)構(gòu)的二元納米粒子自組裝為超晶格結(jié)構(gòu)的SEM照片照片（其組裝單元間右下角的插圖）（其組裝單元間右下角的插圖）利用靜電力自組裝利用靜電力自組裝v王中林等發(fā)現(xiàn)，沿著王中林等發(fā)現(xiàn)，沿著0001方向生長(zhǎng)的方向生長(zhǎng)的ZnO納米納米帶的兩側(cè)具有不同的電性，鋅原子富集的一側(cè)表帶的兩側(cè)具有不同的電性，鋅原子富集的一側(cè)表現(xiàn)出正電性，而氧原子富集的另外一側(cè)表現(xiàn)出負(fù)現(xiàn)出正電性，而氧原子富集的另外一側(cè)表現(xiàn)出負(fù)電性。于是，在靜電力的誘導(dǎo)下，這種一維的納電性。于是，在靜電力的誘導(dǎo)下，這種一維的納米帶結(jié)構(gòu)會(huì)自組裝成三維右手螺旋狀

35、結(jié)構(gòu)。由于米帶結(jié)構(gòu)會(huì)自組裝成三維右手螺旋狀結(jié)構(gòu)。由于這一結(jié)構(gòu)具有最小的整體能量，因此可以穩(wěn)定存這一結(jié)構(gòu)具有最小的整體能量，因此可以穩(wěn)定存在在利用靜電力自組裝利用靜電力自組裝ZnO納米帶的靜電力自組裝納米帶的靜電力自組裝利用靜電力自組裝利用靜電力自組裝靜電力自組裝靜電力自組裝ZnO納米棒為花狀結(jié)構(gòu)納米棒為花狀結(jié)構(gòu) 圖圖 (a)和和(b)分別為聚苯乙烯和分別為聚苯乙烯和SiO2模板球的照片。用液態(tài)的前模板球的照片。用液態(tài)的前驅(qū)物將模板球之間的空隙填滿，引發(fā)反應(yīng)后再除去模板球，即驅(qū)物將模板球之間的空隙填滿，引發(fā)反應(yīng)后再除去模板球，即可合成出具有大孔徑的有序結(jié)構(gòu)。填充間隙的液態(tài)前驅(qū)體可以可合成出具有大

36、孔徑的有序結(jié)構(gòu)。填充間隙的液態(tài)前驅(qū)體可以是由紫外光、熱引發(fā)的預(yù)聚物，加了引發(fā)劑的有機(jī)單體，也可是由紫外光、熱引發(fā)的預(yù)聚物，加了引發(fā)劑的有機(jī)單體，也可以是無(wú)機(jī)陶瓷材料的以是無(wú)機(jī)陶瓷材料的sol-gel前驅(qū)體、無(wú)機(jī)鹽溶液，還可以是膠前驅(qū)體、無(wú)機(jī)鹽溶液，還可以是膠態(tài)的金屬微粒。采用這種模板球已經(jīng)大量合成了大孔聚氨基甲態(tài)的金屬微粒。采用這種模板球已經(jīng)大量合成了大孔聚氨基甲酸乙酯等高分子材料、多孔的酸乙酯等高分子材料、多孔的 SiO2、(La, Sr)MnO3、Nb2O5無(wú)無(wú)機(jī)材料以及介孔機(jī)材料以及介孔 Au等金屬材料。等金屬材料。模板法自組裝模板法自組裝模板法自組裝模板法自組裝下圖為合成的多孔高分子材

37、料的下圖為合成的多孔高分子材料的SEM照片，圖照片，圖5-26(a) 為材料的為材料的表面形貌，圖表面形貌，圖5-26(b)為撕開的橫截面形貌，顯示了有序的大孔為撕開的橫截面形貌，顯示了有序的大孔洞。如果在填充模板球空隙的液態(tài)前驅(qū)體中加入合適的模板劑，洞。如果在填充模板球空隙的液態(tài)前驅(qū)體中加入合適的模板劑，則填充液體能在一定的條件下自組裝成有序的介孔結(jié)構(gòu)，形成則填充液體能在一定的條件下自組裝成有序的介孔結(jié)構(gòu)，形成大孔和介孔復(fù)合的有序結(jié)構(gòu)。圖大孔和介孔復(fù)合的有序結(jié)構(gòu)。圖5-26(c)為具有兩種不同孔徑復(fù)為具有兩種不同孔徑復(fù)合的多孔合的多孔SiO2，顯示兩個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)的有序排列，閉合的中空，顯示兩

38、個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)的有序排列，閉合的中空堆積堆積(約約120nm)和自組裝納米孔洞和自組裝納米孔洞(45nm)。模板法自組裝模板法自組裝模板法自組裝模板法自組裝氣相催化自組裝氣相催化自組裝v這種方法可將同質(zhì)一維納米線或晶格高度匹配的這種方法可將同質(zhì)一維納米線或晶格高度匹配的異質(zhì)一維納米材料組裝在一起，形成三維復(fù)雜的異質(zhì)一維納米材料組裝在一起，形成三維復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)?？蓞^(qū)分為：納米結(jié)構(gòu)?？蓞^(qū)分為：v一步法一步法： 將前驅(qū)反應(yīng)物（包括催化劑）引入生長(zhǎng)腔，通過一次將前驅(qū)反應(yīng)物（包括催化劑）引入生長(zhǎng)腔，通過一次生長(zhǎng)制備出有序復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)制備出有序復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)v二步法：二步法： 在預(yù)先制備的納米材料（納米

39、線、納米帶）表面噴上在預(yù)先制備的納米材料（納米線、納米帶）表面噴上一層催化劑、以此為基地氣相外延二次生長(zhǎng)出同質(zhì)或異質(zhì)一層催化劑、以此為基地氣相外延二次生長(zhǎng)出同質(zhì)或異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，最終形成三維復(fù)雜有序納米結(jié)構(gòu)納米結(jié)構(gòu)，最終形成三維復(fù)雜有序納米結(jié)構(gòu)王中林教授的研究王中林教授的研究ZnO有序納米結(jié)構(gòu)的氣相催化自組裝有序納米結(jié)構(gòu)的氣相催化自組裝v 王中林教授研究組采用直王中林教授研究組采用直接高溫蒸發(fā)接高溫蒸發(fā)ZnO和和SnO2粉粉末制備出了三維復(fù)雜有序末制備出了三維復(fù)雜有序ZnO納米結(jié)構(gòu)納米結(jié)構(gòu)v 首先，作為主干的首先，作為主干的ZnO納納米線沿米線沿0001方向生長(zhǎng)，方向生長(zhǎng)，速度很快，速度很快，S

40、n液滴對(duì)徑向液滴對(duì)徑向生長(zhǎng)影響很小，故徑向具生長(zhǎng)影響很小，故徑向具有均一的線徑有均一的線徑v 第二階段，表面的第二階段，表面的Sn液滴液滴催化二次外延上漲催化二次外延上漲ZnO納納米帶，最終生成蝌蚪狀的米帶，最終生成蝌蚪狀的納米帶納米帶利用表面張力和毛細(xì)管力自組裝利用表面張力和毛細(xì)管力自組裝v利用這一技術(shù)利用這一技術(shù)，Lieber將納將納米線成功進(jìn)行米線成功進(jìn)行了限域多層排了限域多層排列，實(shí)現(xiàn)了在列，實(shí)現(xiàn)了在限定區(qū)域內(nèi)不限定區(qū)域內(nèi)不同取向的一維同取向的一維納米材料的可納米材料的可控自組裝控自組裝v在液體的表面或者體相中，通過毛細(xì)管力或表面在液體的表面或者體相中，通過毛細(xì)管力或表面張力的作用，將

41、一維納米材料自發(fā)地組裝成微米張力的作用，將一維納米材料自發(fā)地組裝成微米尺度的有序結(jié)構(gòu)尺度的有序結(jié)構(gòu)在液體表面自組裝在液體表面自組裝BaCrO4納米棒納米棒取向搭接自組裝取向搭接自組裝v取向搭接的概念是取向搭接的概念是1998年年R. L. Penn在在Science上上提出來(lái)的。取向搭接：就是在其他內(nèi)部驅(qū)動(dòng)力較提出來(lái)的。取向搭接：就是在其他內(nèi)部驅(qū)動(dòng)力較弱情況下，納米晶粒以相同的晶面相互結(jié)合在一弱情況下，納米晶粒以相同的晶面相互結(jié)合在一起形成有序圖案起形成有序圖案v納米粒子在自組裝過程中總是在做不停的布朗運(yùn)納米粒子在自組裝過程中總是在做不停的布朗運(yùn)動(dòng)，當(dāng)相同晶面彼此靠近時(shí)，因晶面上原子排列動(dòng)，當(dāng)

42、相同晶面彼此靠近時(shí)，因晶面上原子排列和晶格間距相同，故可形成更多的化學(xué)鍵，來(lái)降和晶格間距相同，故可形成更多的化學(xué)鍵，來(lái)降低體系的自由能低體系的自由能v取向搭接提出后，受到了人們的關(guān)注，大量新穎取向搭接提出后，受到了人們的關(guān)注，大量新穎的納米結(jié)構(gòu)被合成出來(lái)，許多生長(zhǎng)機(jī)理也得到了的納米結(jié)構(gòu)被合成出來(lái)，許多生長(zhǎng)機(jī)理也得到了合理的解釋合理的解釋K3Fe(CN)6水解制水解制Fe2O3晶粒晶粒Fe2O3枝晶的取向搭接生長(zhǎng)示意圖枝晶的取向搭接生長(zhǎng)示意圖K3Fe(CN)6水解制水解制Fe2O3晶粒晶粒Fe2O3枝晶的取向搭接自組裝枝晶的取向搭接自組裝有序納米結(jié)構(gòu)材料的特殊性質(zhì)決定了其多個(gè)領(lǐng)域有有序納米結(jié)構(gòu)材

43、料的特殊性質(zhì)決定了其多個(gè)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用：重要的應(yīng)用：（1）電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用）電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用（2）光學(xué)器件領(lǐng)域的應(yīng)用）光學(xué)器件領(lǐng)域的應(yīng)用（3）磁學(xué)器件領(lǐng)域的應(yīng)用）磁學(xué)器件領(lǐng)域的應(yīng)用（4）環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用）環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用（5）高效能量轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的應(yīng)用）高效能量轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的應(yīng)用（6）催化領(lǐng)域的應(yīng)用）催化領(lǐng)域的應(yīng)用（7）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用）醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用高密度的納米電路高密度的納米電路v刻印技術(shù)、電子束刻蝕技術(shù)、納米掩膜刻印技術(shù)刻印技術(shù)、電子束刻蝕技術(shù)、納米掩膜刻印技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，為構(gòu)筑更微型的線路提供了等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，為構(gòu)筑更微型的線路提供了契機(jī)契機(jī)高密度的納米電路高密度的納米電路單電

44、子晶體管單電子晶體管v單電子晶體管單電子晶體管主要依據(jù)庫(kù)倫阻塞效應(yīng)，利用當(dāng)前主要依據(jù)庫(kù)倫阻塞效應(yīng)，利用當(dāng)前的微電子技術(shù)的微電子技術(shù)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)來(lái)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)和制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管設(shè)計(jì)和制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的Si n型溝道型溝道MOSFET示意圖示意圖圖圖 (a) 在平滑在平滑Si基底上組裝的基底上組裝的Ge量子點(diǎn)有序陣列的量子點(diǎn)有序陣列的AFM圖像圖像(b)和和(c)為將五條為將五條Ge/Si量子點(diǎn)量子點(diǎn)/線在線在1000退火退火5min后得到的亮場(chǎng)后得到的亮場(chǎng)和暗場(chǎng)下的和暗場(chǎng)下的TEM截面圖截面圖高性能電容器高性能電容器v將形成柱狀微區(qū)結(jié)構(gòu)的將形成柱狀微區(qū)結(jié)構(gòu)

45、的PS-PMMA的共聚物為掩的共聚物為掩膜納米刻印技術(shù)和通用的半導(dǎo)體加工技術(shù)相結(jié)合膜納米刻印技術(shù)和通用的半導(dǎo)體加工技術(shù)相結(jié)合可制備可制備半導(dǎo)體電容器半導(dǎo)體電容器。v作為作為“漏極漏極”的二氧化硅和氧化鋁，通過熱處理的二氧化硅和氧化鋁，通過熱處理在硅基地上生長(zhǎng)，形成具有高電荷存儲(chǔ)能力的在硅基地上生長(zhǎng)，形成具有高電荷存儲(chǔ)能力的互互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體電容器補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體電容器高性能電容器高性能電容器單電子存儲(chǔ)器單電子存儲(chǔ)器v利用庫(kù)倫阻塞效應(yīng)，可設(shè)計(jì)具有高存儲(chǔ)性能的利用庫(kù)倫阻塞效應(yīng)，可設(shè)計(jì)具有高存儲(chǔ)性能的單電子存儲(chǔ)器單電子存儲(chǔ)器“T”形存儲(chǔ)器元件結(jié)構(gòu)的示意圖形存儲(chǔ)器元件結(jié)構(gòu)的示意圖(a) 電極

46、分離式電極分離式(b)相互交疊式相互交疊式量子點(diǎn)光發(fā)射裝置量子點(diǎn)光發(fā)射裝置v發(fā)光的半導(dǎo)體納米粒子與聚合物薄膜相結(jié)合，可發(fā)光的半導(dǎo)體納米粒子與聚合物薄膜相結(jié)合，可組裝形成新型光發(fā)射材料組裝形成新型光發(fā)射材料v例如，用例如，用CdSe/CdS核殼結(jié)構(gòu)納米粒子組裝形成的核殼結(jié)構(gòu)納米粒子組裝形成的薄膜，就可以直接用于薄膜，就可以直接用于LED的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)量子點(diǎn)光發(fā)射裝置量子點(diǎn)光發(fā)射裝置一維納米材料有序陣列光發(fā)射裝置一維納米材料有序陣列光發(fā)射裝置v用高密度碳納米管作為發(fā)射管，可增加發(fā)射電流用高密度碳納米管作為發(fā)射管，可增加發(fā)射電流強(qiáng)度和改善發(fā)射電流的均勻性，可提高激光器的強(qiáng)度和改善發(fā)射電流的均勻性，可提

47、高激光器的性能性能一維納米材料有序陣列光發(fā)射裝置一維納米材料有序陣列光發(fā)射裝置光過濾器光過濾器v是指控制是指控制光光在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)通過的現(xiàn)象，光過在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)通過的現(xiàn)象，光過濾現(xiàn)象在光通訊方面有廣泛的應(yīng)用。納米材料可濾現(xiàn)象在光通訊方面有廣泛的應(yīng)用。納米材料可用作高效光過濾器的設(shè)計(jì)制造用作高效光過濾器的設(shè)計(jì)制造v復(fù)合材料的變色取決于膜中不同尺寸的金納米顆復(fù)合材料的變色取決于膜中不同尺寸的金納米顆粒對(duì)光的吸收性能，這一點(diǎn)也是設(shè)計(jì)納米光過濾粒對(duì)光的吸收性能，這一點(diǎn)也是設(shè)計(jì)納米光過濾器的依據(jù)器的依據(jù)光過濾器光過濾器光子晶體光子晶體v光子晶體就是在微米、納米等光波長(zhǎng)的量級(jí)上，光子晶體就是在微米、納

48、米等光波長(zhǎng)的量級(jí)上，折射率呈現(xiàn)周期性變化的一種介質(zhì)材料。按照折折射率呈現(xiàn)周期性變化的一種介質(zhì)材料。按照折射率變化的周期性，可分為一維、二維和三維光射率變化的周期性，可分為一維、二維和三維光子晶體子晶體v光在一定頻率范圍內(nèi)通過有序孔時(shí)就會(huì)產(chǎn)生光在一定頻率范圍內(nèi)通過有序孔時(shí)就會(huì)產(chǎn)生Bragg衍射，形成帶隙。由于多重衍射，形成帶隙。由于多重Bragg衍射，處衍射，處于帶隙能量范圍的電磁輻射就不能在光子晶體中于帶隙能量范圍的電磁輻射就不能在光子晶體中的任何一個(gè)方向傳播的任何一個(gè)方向傳播光子晶體光子晶體v為提高磁盤的存儲(chǔ)密度，減小磁盤尺寸，對(duì)納米為提高磁盤的存儲(chǔ)密度，減小磁盤尺寸，對(duì)納米磁性材料的研究已

49、經(jīng)成為當(dāng)今的一個(gè)熱點(diǎn)磁性材料的研究已經(jīng)成為當(dāng)今的一個(gè)熱點(diǎn)v1997年，納米結(jié)構(gòu)磁盤研制成功，由直徑為年，納米結(jié)構(gòu)磁盤研制成功，由直徑為10nm，長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為40nm的的Co的納米棒周期排列而成，存儲(chǔ)的納米棒周期排列而成，存儲(chǔ)密度高達(dá)密度高達(dá)41011bit/in2，磁存貯密度比傳統(tǒng)磁盤，磁存貯密度比傳統(tǒng)磁盤提高了提高了104倍倍環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用v由于超微粒表面積大、表面活性高等特點(diǎn)對(duì)環(huán)境由于超微粒表面積大、表面活性高等特點(diǎn)對(duì)環(huán)境中溫度、濕度、光以及氣氛的變化十分敏感中溫度、濕度、光以及氣氛的變化十分敏感v根據(jù)不同材料本身的性質(zhì)可制備出不同的傳感器，根據(jù)不同材料本身的性質(zhì)可制

50、備出不同的傳感器，比如：溫度傳感器、熱傳感器、紫外傳感器等比如：溫度傳感器、熱傳感器、紫外傳感器等v例：利用例：利用Ag納米顆粒與介孔二氧化硅體系可制備納米顆粒與介孔二氧化硅體系可制備濕敏傳感器。濕敏傳感器。當(dāng)當(dāng)Ag的含量約為的含量約為1%時(shí)，若環(huán)境濕時(shí)，若環(huán)境濕度小于度小于60%，體系呈現(xiàn)淡黃色；若濕度達(dá)到，體系呈現(xiàn)淡黃色；若濕度達(dá)到80%，體系呈現(xiàn)黑色；再通過加熱處理，使其恢復(fù)到最體系呈現(xiàn)黑色；再通過加熱處理，使其恢復(fù)到最初的白色初的白色高效能量轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的應(yīng)用高效能量轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的應(yīng)用v用低成本的多晶或納米晶作為材料的光伏電池，用低成本的多晶或納米晶作為材料的光伏電池，在科學(xué)和生產(chǎn)中均有極大地意義在科學(xué)和生產(chǎn)中均有極大地意義v目前，光伏電池的發(fā)展主要方向是用吸收可見光目前，光伏電池的發(fā)展主要方向是用吸收可見光的有機(jī)染料敏化寬帶隙半導(dǎo)體材料（如多空的有機(jī)染料敏化寬帶隙半導(dǎo)體材料（如多空TiO2納米粒子薄膜），將電子注入到納米粒子薄膜），將電子注入到TiO2導(dǎo)帶中，形導(dǎo)帶中，形成所謂的成所謂的Grtzel電池電池v由半導(dǎo)體納米粒子和導(dǎo)電聚合物混合形成的納米由半導(dǎo)體納米粒子和導(dǎo)電聚合物混合形成的納米結(jié)構(gòu)薄膜，同樣是研究光伏電池的優(yōu)良材料。這結(jié)構(gòu)薄膜，同樣是研究光伏電池的優(yōu)良材料。這類光