纳米电子_纳米光电子技术.doc

本文由007LSL贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 卷第 期 飞 通 光 电 子 技 术 年 月 纳 米 电子 纳米光 电子 技术 程开 富 值 息产业 部 电子第 料 研 究所 摘 关妞词 , , 庆 口阅 、 、 要 主 要介 绍 纳 米 技 术 领 域 里 纳 米 电 子 学 纳 米 光 电 子 学的 基本概念 纳 米 电 子 学的 分 类 、 纳 米 电子 器 件 纳 米 光 电 子 器件 纳 米 电子 学 、 纳 米 电 子 学和 纳 米 光 电 子 学的 发 展模 式 以 及 纳 米 高技 术 群 纳 米光 电子 学 。 纳 米技术 纳 米 电 子 器件 纳 米 光 电子 器 件 引言 在 人 类 的科 学 技 术 史 上 工 业 化 时代 , , 曾经 发 生 了两 次 产业 革 命 。 。 , 即 蒸汽 机 的 发 明 使人 类 由农 业化进 入 了 , 晶 体 管 的发 明 使 人 类进 入 了 信 息 时 代 , 在 人类 文 明 历 史 的 发 展 进 程 中 , 没 有任 何 事 , 物 可 以和 科 学 技 术 对 人类产 生 的 巨 大 影 响相 比 活 带来 更 重 要 的 影 响 生 产 时代 , 今 天 又 一 次产 业 革 命 即 将 到 来 并会 对 人 类 的生 纳米技术 这就 是 “ 纳 米 技术 ” 米 , 内 光 电 子 技术 , ”。 众 多科 学 家 认 为 。 纳 米 光 电 子 技 术有 可 能是 人 类 历 史 上 的第 三 次 产 业 革 命 它 将 使 人类进 入 智 能 化 的 类 生物 体 系 的 、 将会直接推 动信息 、 生 命 和 环 境 科 学 等 诸 多 领 域 的发 展 , 从现在到 年 的近 十年 中 微 电子 技 术仍将 围绕 着 大 容量 。 高速度 , 、 高密 度 、 高频 率 、 低 功 耗 以及 多功 能方 向继 续 发 展 而 相 继 出现 。 在 传 统 的 微 电 子技 术 继 续推 进 的 同 时 据 预测 , , 新 的 领 域 也 将 随 着技 术 的进 步 , , 以 及 理论研 究 的深 入 基 于纳 米 级 尺 寸 加 工 的纳米 技 术 , 基 于 真 空 电 子 器 件 电 子 输运 原理 和 与微 电子 器件 制 造 技 术 相 结合 的 真 空 微 电 子技术 以及 通 过 半 导 体 微 细 加 工 技 术 和 特 殊 的 工 艺 如 微 电子 机 械 加 工 技术 和 微光 电机 械 加 工 技 术 的 微 电子 机 械 系统 在 半 导 体 基 片 上 制 造微 型 或超 微 型 机械 部 件 , 技 术 以及 电子 器 件 和 微光 学元件 集成而 构 成 的微 光 电 机 械 系 统 。 将成为 。 世 纪 的新 型 微 电子 技术 在 半 导 体超微 细 加 工 技术 基 础 上 发 展 起 来 的纳 米 加 工 技 术 不 , , 仅 能制作 出单 电子 存储 器 另外 , 而 且 也 可 制 作 出 精 巧 的微 电子 机 械 系 统 和 , 和 微 光 电机 械 系 统 。 把 微 电子 技 术 与 , 等技 术 结合 起 来 , 还 可 以制 造 出纳 米 机 器 人 这 种 机 器 人 能注 入 到人 体 血 管 中 实施 检 查 和 治 疗 等 这 对 人类 健 康 和 生 活 必 将 带 来重 大 的影 响 。 随 着 纳米 技 术 的发 展 基 于 量 子 效 应 的 单 电子器 件 和 高 密 度 的量 子 集 成 电路 。 将 成 为半 导 体器 件一个 新 的发展 方 向 径 。 信 息 社 会 对 集 成 电路 的 集 成 度 要 求越 来 越 高 , , 促使 人们 不 断 探 索 能 够 突 破 器件 尺 寸极 限 的途 , 纳 米 电子 学 和 纳 米 光 电子 学在 此 背 景 下 应 运 而 生 处 于 半 导 体科 学和 工 程 研 究 的 前沿 “ 。 采 用 纳 米 量 子 结构 的 光 电子 信 息 技术 革命 与 伟 大变 革 具 有 同 样 重 大 的意 义 。 年 前 用 的 微 电子集 成 芯 片取 代 晶 体管 引 发 的 联姻 ” 光 电子 技 术 是 电 子 技 术 与 光 子 技 术 。 。 的产 物 。 光 电子 技 术 在 技术 , 世 纪 后 期 异 军 突 起 取 得 了 长 足 的 进 展 光 电子 技 术 与纳 米 技 术相 结合 而 产 生 的纳 米 光 电子 , 为光 电子 技术 的 发 展 开 辟 了 一 个 全 新 的 领 域 。 世 纪 将 是 光 电子 技术 和 纳 米 光 电子 技 术 发 展 顶 新 的 时代 纳米 电子学 纳 米 电 子学 的 基本概 念 纳米 电 子 学 。 是 纳米 技术 的 重 要 组 成 部 分 , 是 纳 米 技术 发展 的 主 要 动 力 是 第 卷第 期 、 飞 通 光 电 子 技 术 八 十 年 代 中期 初 露 端 倪 九 十 年 代 崛起 的崭 新 科 学 技 术 , 、 。 纳 米 电子 学 是 指 在 纳 米 尺 寸 范 围 内研 究 , 物 质 的物 理 、 化学 、 声 学 和 电子 学 现 象 及 其 运 动 规 律 仁 。 构筑纳 米 和 量 子器件 传输 、 集 成 实现 纳 米 电路 。 , 从 而 建 立 量 子基 计 算机 和 量 子 通 信 系 统 的信 息 计 算 正 处在蓬勃 发展 时期 处 理 的一 门 科 学 和 技 术 , , 纳 米 电子 学 纳 米 电子 学 立 足 于 最 新 的 物 理 理 论 和 最 先 进 的 工 艺 手 段 , 按 照 全 新 的概 念 来 构 造 电子 系 统 成为 果 , 。 它 将 突 破 传 统 的极 限 , 。 开 发 物 质 潜 在 的信 息 和 结 构潜 力 使 单位 体积 物 质 的 。 储 存 和 处 理 信 息 的 能力 提 高 百 万 倍 以 上 世 纪 信 息 时 代 的核 心 ” , 实 现 信 息 采 集 和 处 理 能力 的 革 命 性 突 破 年 代起 。 纳 米 电子 学将 “ 因此 。 , 自 , 许 多 国 家 都先 后 把 纳 米 电 子 学 作 为 , 国家关 键 技 术之 一 并投 入 巨 资进 行 研 究 和 开 发 经 过 几 年 的努 力 己 经 取 得 了一 系 列 震 动 世 界 的 成 目前 正 处 在 重 大 突 破 的 前 夜 纳 米 电 子 学 的分 类 纳 米 电 子 学 就 是研 究 电 子 在 量 子 阱 的器 件 和 电路 的 一 门 新 兴 学科 塞 效应 与 单 个 电子 晶 体 管 , 。 一 、 量子线 、 量 子 点 等 纳 米 尺 度 范 围 内的运 动 规 律 及 其 相 应 其 一 为 单个 电子 的 电子 学 。 纳 米 电 子 学 分 为两 大类 , 库仑阻 其 二 为 电 子波 电子 学 , 电 子 波 的 干 涉 与 电子 波 器 件 单原子开关 , , 前者代表 性器 后者代表性器 件 是 单 电子 开 关 件 是 电子 波 、 , 单 电子 对 开 关 、 单 磁通 量子 开关 单分子 开关等 。 原子 波 分子波 、 量 子 点 波 等 的相 干 波 器 件 其 灵 敏度 极 高 , , 图 给 出 了纳 米 电子 , 学 的分 类 时 , 。 利 用 电子 的量 子 效应 原理 制 作 的 量 子 器 件 也 称 量 子 波 器 件 , 要 实现 量 子 效 应 在工艺 上 要 实 施 制 作 厚 度 和 宽 度 都 只 有 几 十 纳 米 的微 小 导 电 区 域 才 有 可 能产 生 量 子 效 应 这 样 当 电子 被 关 闭 在 纳 米 导 电 区 域 。 这 是制 作 量 子 器件 的关键 所 在 纳 米 电子 学 量 子 功 能 电子 学 量 子波 电子 学 单 量 子 电子 学 相干量 子波 不相干量 子波 单 电 子 电子 学 单 电子对 电子 学 单 磁 通 量 子 电子 学 干 涉 效应 共 振 效应 单 原 子 电子学 分 子 电子 学 扩散效应 隧道 效 应 量子波 量 结 构 尺 寸 小 于波 子 机 械 波 长 单量 子 量 子粒子 粒子 例 如 电子 波 长 量子点 、 一 、 量 子 点 小 于 或 等于 。 量子阱 二 维量 子线 一 耐 量子线 超导 超导量子面 仁 圈 , 纳 米 电子学 分 类 卜 倒 纳 米 电子 器 件 的种 类 迄 今 为 止 已 研 制 出下 述 类 型 的纳 米 电 子 器 件 , 量子 点 , 岛 是 以 零 维 自 由 度 限 制 电子 飞 通 光 电 子 技 术 年 月 谐 振 隧 穿器 件 单 电子 晶 体 管 , 岛 是 以一 维 或 二 维 自 由 度 限 制 电子 , 岛是 以 三 维 自 由 度 限 制 电子 一 。 纳 米 电子 器 件 中 岛的最 小 尺 寸 大 约在 之间 。 纳米 光 电子学 的概 念 和 发 展 模 式 纳 米光 电子 学 的基 本 概念 光 电子 技术 正 向 光 电子 集 成 导 体 材料 的基 础 上 发 展 起 来 的 , , 进 而 将 向纳 米 光 电子 集 成 方 向发 展 。 。 。 纳 米 光 电子 学 是 在 纳 米 半 是 纳 米 电子 学 发 展 的 方 向 纳 米 光 电子 学 是 研 究 纳 米 结 构 中 电子 , 与 光 子 的 互 作 用 及 其 器 件 的 一 门高 技 术 学 科 电 子技 术 一 光 电 子 技术 与 纳 米 电子 技 术 相 结合 而 产 生 了 纳 米 光 , 。 半 导 体 硅 不 能发 光 纳 米 光 电子 学 。 , 但 采用 纳 米 技 术后 它 能 发 出耀 眼 的 蓝 光 这也就 开拓 出 了一 门 , 崭新 的学科 对 于 纳 米 光 电子 学 和 纳 米 光 电 子 器 件 以 及 纳 米 光 电子 技 术 方 面 的 内容 纳 米 光 电 子学应 该 是 纳 米科 技 发展 的 重 点 、 。 。 至 今 除零 星 报 道 外 还 未 见 到 专 门的 报 道 从 电子 学 展模式 为 、 纳 米 电子 学和 纳 米 光 电 子 学 的 发展 模 式 微 电子 学 真 空 微 电子 学 、 光子学 、 光 电子 学 、 纳 米 电子 学 到 纳 米 光 电 子 学 的 发 。 电子 学 的发 展 模 式 电 学 一 电子 学 电子 技 术 一 电子 工 程 一 电子 产 业 电子 学 一 微 电子 学 微 电子 学 的 发 展 模 式 程 微 米 半 导体 技 术 微 电子 技 术 微 电子 工 微 电子产 业 。 真 空 微 电子 学 的发展 模 式 一 真 空 微 电子 工 程 真 空 电子 学 。 微 电 子 学 一 真 空 微 电 子 学 一 真 空 微 电 子技 术 光子产业 。 真 空 微 电子 产 业 光学 光 子学 的 发 展 模 式 光子学 光 子技术 一 光 子 工程 光 电子 学 的发 展 模 式 光 电子 产 业 工程 。 光 学 一 电子 学 一 光 子 学 一 光 电 子 学 一 光 电 子 技 术 一 光 电子 电 子 学 一 纳 米 技 术 一 纳 米 电子 学 工程 纳 米 电子 学 的发 展 模 式 纳 米 电 子产 业 。 纳 米 电 子 技术 一 纳 米 电 子 纳 米 光 电子 学 的发 展 模式 一 纳 米 光 电子 工 程 光 电 子 学 一 纳 米 电子 学 一 纳 米 光 电子 学 一 纳 米 光 电子 技 术 。 纳 米 光 电子 产 业 、 除此 之 外 还 发 展 了 分 子 电子 学 塑 料 电子 学 和 有 机 电 子 学等 。 。 纳米 光 电 子器 件 纳 米 光 电子 器 件 是 在 纳 米 光 电子 材 料 的 基 础 上 发展 起 来 的 光 电子 器 件 , 纳 米 电子 器 件 的 发 展 方 向是纳 米 目前 己 问世 的 纳 米 光 电子 器 件 有 、 纳米激光器 如 量 子 阱激光 器 、 量子线激光器 一 、 、 、 量 子点 激 光 器 量 子 点 红 外 光 电探 测 器 、 、 、 多量 子 阱 自电光 效 应 器 件 光 电子 集 成 器 件 超 晶 格 多量 子 阱 红 外 光 电 探 测 器 阵 列 、 垂 直腔面发射 激 光 器 阵列 聚 合 物 发 光 二极 管 纳 米 级 薄膜 制 作 的红 外 摄 像 器件 , 如 纳米硅化铂 肖 , 特 基 势 垒 红 外 焦 平 面 阵列 等 。 据 计 算 机 世 界 网 消息 。 日本 公 司 尖 端 技 术 综合研 究 所 , , 开发 成 功 了 制 作 光 导 集 成 电 路 芯 片 的 基 础 技术 制 作 出 了可 通 过 极 细 光 束 的 通 道 场所之 中 。 的 这 家研 究所 采 用 先 进 的纳 米 技 术 , 在硅 芯片 仁 。 光 导通 路 , 使 光 束 按 直 角 方 向转 弯 将 其 封 闭在 极 为 狭 小 的 。 由于 不 将 光 信 号 转 换 成 电信 号 , 故 这 是 直 接 处 理 光 信 号 的 光 导 集 成 电路 , 光 具 有 一 种特 殊 的性质 它 不 进 入 具 有 与 本 身波 长 周 期 相 同 的 晶 体 之 中 。 换句话 说 , 就是 光 不 能射 入 与其波 长 周 期 相 同 的 晶体 为 了 能 应 用 这种 特 性 。 的 科 学 家 在 夹 有 玻 璃 薄 膜 的硅 芯 , 片 匕 按 照 与光 的 波 长 相 同 的 间距 开 发微 细 加 工 技术 在 一排 排 的孔之 间 形 成 了没有 孔 的线 状 第 卷第 。 期 飞 通 光 电 子 技 术 区域 如 果 从 线 状 区 域 的端 部 射 入 光 线 , 则 光 通 信 中最 常 用 的 这 部 分 光 是 沿 着 线传 播 的 一 。 协 波长光 , 就基 本没 有 什 么 光 线 向周 围漏 出 区 域 宽度 , 。 经 检测 后 确 认 。 , 只 要 能 找 出 控 制 出 最 优 的线状 就 能成 功 地 使 光 通 过 这 是 日本 , 公 司 尖端 技 术研 究 所 在 光 芯 片技 术 上 取 得 的重 要 、 成果 。 纳 米 光 电子 器 件 的 研 发 刚 刚 开 始 电 子 集 成 电 路 的 自身 发 展 将 成 为可 能 密 切 联 系在 一 起 的 生 物 计 算机 、 预 计 从 微 电子 到 纳 米 电子 器 件 、 纳 米 光 电子 器 件 及 纳 米 光 、 , 纳 米 电子 学 和 纳 米 光 电子 学 的发展 与 其 相 关 学 科 的发 展 是 光 子 计 算机 , 许 多前 沿 学 科 和 技 术 的 突 破 将 实现 纳 米 计 算机 。 分 子 计 算机 , 、 量子 计 算机 如 从 电子 科 学 技 术 发展 角度 看 , 如果 世 纪 是微米世 纪 , 则 世纪是 纳米世纪 。 从纳米器件 重 要 的意义 。 纳 米 电 子 器 件 和 纳 米 光 电子 器 件 , 的 研 制 和 发 展 可 以看 出 其关键技术是 纳 米 材 料 的制 作 和 纳 米 光 刻 因 为 纳 米 光 刻 对 纳 米 电子 学 和 纳 米 光 电子 学 的 研 究 与 发 展 具 有 非 常 , 从 纳 米器 件 的 发 展 趋 势 可 以 预 测 成 为可 能 , 年 , 单 电子 晶 体 管 大 规 模 集 成 电 路 实用 化 将 。 年 , 开发 出 个 原子 个 分 子存储 位 信 息 的存 储 系 统 也 将 不 无 道 理 纳 米高技术群 随着纳 米 科 技 的不 断发 展 和 纳 米 技 术研 究 的 不 断深 入 。 纳 米 技 术 领 域 已 涌 现 出 以下 高 技 术 、 群 即 , 纳米材料学 、 、 、 纳 米 电子 学 、 、 、 纳米制造学 、 、 、 纳米表 征测 量 学 、 纳米计量学 、 、 、 纳米 显微 学 、 、 纳 米 磨擦 学 质天文学 物理学 学 系 , 。 、 纳米 医学 、 纳 米 机械 学 纳米工程学 纳米 生物 学 纳米分析学 。 纳 米化 学 纳米光学 , 、 纳米物理 学 纳米光子 学 纳米力学 纳米地 、 纳米机器 学 、 、 纳米动 力学 介观 纳米药物学 纳 米 光 电子 学 等 在 这 些 高技 术 群 中 , 首要 的 是 纳 米 电子 学 和 纳 米 光 电子 。 这 是 因 为 它 与 现 今 在 科 技 和 生 产 中起 着 重 要 作 用 的微 电子 器 件 和 光 电子 器 件 有 着 重 要 的关 微 电子 器 件 是 现 在 计 算机 和 制 动 器 的 基 础 、 它 发 展 的下 一 代 就 是纳 米 电子 器件 、 光 电子 器 件 , 是现在光通信 光 计 算机 和 成 像显 示 的基 础 。 , 它 发 展 的 下 一 代 是 纳 米 光 电子 器 件 纳 米 光 电子 集 成 电路 和 纳 米 光 导 集 成 电 路 了决 定 性 的作用 , 因此 , 纳 米 电子 器 件 和 纳 米 光 电子 器 件 均 有广 阔 的 应 用 前 景 。 它的 发 展 对 社会 和 科 技 都 将 起 极 大 的 推 动 作 用 在 纳 米 科 技 时代 , 应 当指 出 的 是 , 由于 电子 学在 人 类 的 发 展 和 生 活 中起 纳 米 电 子 学 和 纳 米 光 电子 学 也 将 继 续 给 人 类 社 会 的 发 展 起 更 大 的作 用 。 。 因此 , 在 纳 米 科 技 的各 个 分 支 学 科 的研 究 中 , 应 当重 视 纳 米 光 学 、 纳 米 电子 学 和 纳 米 光 电子 学 的 研 究 特 别 是 利 用 扫 描 隧 道 电子 显 微 镜 , 的相 关 技 术 进 行 超 高 密 度 信 息 存 储 的 纳 米 电子 器 件 。 研究 在 微 电子 器 件 与 分 子 电子 器 件 之 间 能元 件 不 是 单 个 分 子 电子 器 件 息功 能器件 以 。 可 能 有 个 过渡 阶 段 一 , 而是 原子 团 , 含 个 原子 。 这样 们 就 从 两 个 方 向去 研 究 纳 米 光 人 , 即信 息 加 工 的 功 和 为 主 的 固 体 电子 器 件 尺 寸 小 下 去 两 者 的交 叠 构成 与基 于 化 学 有 机 高分 子 和 生 物 学材 料 组 装 功 能 材料 尺 度 大起 来 世 纪 初 期 新 型 电子 和 光 电子 器 件 , 功 能 元 件 尺 寸达 到 纳 米 量 级 、 的 集 成 器 件 不 再 遵 循 传 统 微 电子 学 的 基 本 传 统 的微 电 子 工 艺 也 将 受 到 严 , 跨世 纪 的 信 运行 规律 重 的挑 战 电子 器 件 , 电子 的 波 动 性 量 子 效应 等在 此 类 器 件 中起 重 要 作 用 , 、 , 为 了迎 接 这 一 挑 战 纳 米 电子 器 件 。 当今 世 界上 有 远 见 的 科 学 家 和 企 业 家 如 已 经 把 目光 瞄 向 了 新 一 代 、 的研 究 和 开 发 者认 为 纳 米 光 电 子器 件 、 纳 米 光 电子 集 成 电 路 纳 米 光 导 集 成 电路 。 纳 米 光 电子 技 术 是 光 子 技 术 光 电 子 技 术 与 纳 米 技 术 相 结 合 而 成 的一 门 多 学 科 交 叉 技 术 , 笔 在全 球 纳 米科 技 发 展 正 处 于 热 门时 期 是 我 国 本 世 纪 发 展 的 大 好 时期 , 而 且 是 微 电子 技 飞 通 光 电 子 技 术 年 月 术 发展 和 应 用 以来 世 界 面 临 的 关 键 时 期 米 电 子器 件 、 , 要用 “ 两弹一星 。 ” 精神 , 由 国家 组 织 抓 纳 米 电 , 学和 纳 纳 米 光 电子 学 和 纳 米 光 电 子 器 件 的 研 究 , 由于 纳米 电子 学 和 纳 米 光 电子 学 有 极其 重 大 的 理 论 意 义 和 应 用 前 景 新 型 的纳 米 电子 器 件 和 纳 米 光 电子 器 件 其 研 究 的 直 接 目标 将是 世 纪 高科 技 的 基 础 。 , 它 关 系 到 国家 未 来 的 科 技 地位和经济 实 力 , 因此 。 , 各 国政 府 和 国 际 大 公 司 都 十 分 重 视 人 们 正 注 视 着 纳 米 电子 学 和 纳 米 光 电子 学 领 域 的 新 进 展 结论 当代 的 科 学 技 术 己 为 星 电 二 世 纪 高技 术 的 诞 生 奠 定 了理 论 基 础 , 。 纳 米 电子 学 、 纳 米 光 电 子学 , 、 二 学和 分 一 电 子学 现 在 还 处 于 初 级 研 究 阶段 , , 随着 纳 米 科 技 的 发