纳米材料与技术电子信息技术通识课作业.doc

中原工学院纳米材料与技术课程论文 题 目 纳米材料及其在电子信息中的应用 院 （系） 电子信息学院 专业班级 电信142 学生姓名 赵文雅 学号 201400434226 2015年 12 月 9 日摘 要：本文介绍的是纳米材料与电子新信息技术之间的联系，粗略的描述了微电子元件中纳米材料技术的基本介绍与前景发展。纳米电子技术是指在纳米尺寸范围内构筑纳米和量子器件，集成纳米，从而实现量子计算机和量子通信系统的信息计算、传输与处理的相关技术，其中，纳米电子器件是目前纳米电子技术发展的关键与核心。现在，纳米电子技术正处在蓬勃发展时期，其最终目标在于立足最新的物理理论和最先进的工艺手段，突破传统的物理尺寸与技术极限，开发物质潜在的信息和结构潜力，按照全新的概念设计制造纳米器件、构造电子系统，使电子系统的储存和处理信息能力实现革命性的飞跃。目前，人们利用纳米电子材料和纳米光刻技术，已研制出许多纳米电子器件，如电子共振隧穿器件（共振二极管 、三极共振隧穿 、单电子晶体管 、金属基 、半导体 、纳米粒子、单电子静电计、单电子、半导体 存储器、硅纳米晶体制造的存储器、纳米浮栅存储器、纳米硅微晶薄膜器件和聚合体电子器件等。关键字：纳米电子材料；纳米电子器件；纳米技术绪论随着微电子技术的发展和应用市场的开发，对IC的集成密度的要求越来越高，电子器件的小型化以指数率持续变小，特征尺寸从微米级到亚微米级再缩小至纳米级。纳米电子技术是传统电子技术发展的必然结果。多年来，半导体低维结构系统，特别是量子阱和超晶格、量子线、量子点，是半导体物理理论研究和半导体器件开发与应用最为活跃的领域。异质结量子阱和超晶格技术最为成熟，并开始从基础研究转向应用，出现了大量性能优异的量子阱器件，如HEMT、RTD、激光器等，并用于研制微波、毫米波放大器、振荡器、混频器、倍频器及光调制器、探测器；在移动通信、卫星通信、遥感、医疗设备以至消费类等许多领域获得了应用。虽然，量子线和量子点技术仍相对相当“年轻”，新的发现和新的应用仍有待开发，但量子线在微波、毫米波、亚毫米波传输方面已显示良好性能，用量子点阵列研制的激光器、光调制器、远红外探测器等器件已经验证演示。这一切表明，以理论研究、器件设计、工艺开发和电路研制为内容的纳米半导体学科的研究是当前纳米电子学发展的主旋律，有必要着重讨论其发展现状与趋势。一、纳米电子器件简介 纳米电子技术是指在纳米尺寸范围内构筑纳米和量子器件，集成纳米，从而实现量子计算机和量子通信系统的信息计算、传输与处理的相关技术，其中，纳米电子器件是目前纳米电子技术发展的关键与核心。现在，纳米电子技术正处在蓬勃发展时期，其最终目标在于立足最新的物理理论和最先进的工艺手段，突破传统的物理尺寸与技术极限，开发物质潜在的信息和结构潜力，按照全新的概念设计制造纳米器件、构造电子系统，使电子系统的储存和处理信息能力实现革命性的飞跃。 目前，人们利用纳米电子材料和纳米光刻技术，已研制出许多纳米电子器件，如电子共振隧穿器件（共振二极管 、三极共振隧穿 、单电子晶体管 、金属基 、半导体 、纳米粒子、单电子静电计、单电子、半导体 存储器、硅纳米晶体制造的存储器、纳米浮栅存储器、纳米硅微晶薄膜器件和聚合体电子器件等。二、纳米电子器件的分类 关于纳米电子器件的分类，国内外有着不同的看法。根据纳米电子技术的发展和对未来的预测，一种分法把纳米电子器件广义地分为以下类 ：1. 纳米级CMOS器件，如绝缘层上硅MOSFET、 异 质 结MOSFET 、 低 温MOSFET、 双 极MOSFET等；2. 量子效应器件，如量子干涉器件、量子点器件和谐振隧道器件等；3. 单电子器件，如单电子箱、电容耦合和电阻耦合单电子晶体管、单电子结阵列、单电子泵、单电子陷阱等；4. 单分子器件，如单电子开关、单原子点接触器件、单分子开关、分子线、量子效应分子电子器件、电化学分子电子器件等；5. 纳米传感器，如量子隧道传感器等；6. 纳米集成电路，包括纳米电子集成电路和纳米光电集成电路；7. 纳米存储器，如超高容量纳米存储器、隧道型静态随机存储器、单电子硅基 存储器、单电子存储器、单电子量子存储器等；8. 纳米CMOS混合电路，包括纳米CMOS电路和三-四族化合物半导体共振隧道效应电路，纳米CMOS电路和单电子纳米开关电路，纳米CMOS电路和碳纳米管电路，纳米CMOS电路和人造原子电路，纳米CMOS电路和DNA电路等。三、纳米结构制备和加工技术 1.光刻技术 光学光刻、电子束光刻与离子束光刻技术统称三束光刻技术，是通过掩模、曝光等工艺将设计的器件图形结构转移到半导体基片上的 -% 加工技术 。目前，随着光刻技术线宽的不断减小，光学光刻、电子束光刻与离子束光刻技术已在纳米cmos器件、纳米集成电路、纳米cmos混合电路等加工领域表现出了很好的应用前景，并开始在一些纳米电子器件加工方面取得了应用。2.外延技术 金属有机化学汽相淀积 、分子束外延、原子层外延与化学束外延技术统称外延技术，是在基体上生长纳米薄膜的一种纳米制造技术，可用于纳米集成电路用硅基半导体材料 、纳米半导体结构:器件的加工与制备。3.分子自组装合成技术 自组装是依赖分子间非共价键力自发结合成稳定的聚集体的过程。自从80年代提出分子器件的概念至今，人们已从 lb技术发展到了分子自组装技术，从双液态隔膜（blm）技术发展到了sblm技术，已在分子组装有序分子薄膜、加工具有特定功能的分子聚集体方面取得了丰硕的成果。4 .SPM技术 自从 1982年第一台扫描隧道显微镜(STM)诞生，以及后来各种扫描探针显微镜发明以来，人类对微;纳观世界的认识翻开了新的一页。SPM不仅可以进行高分辨率的三维成像和测量，还可对材料的不同性质进行研究。因此，已不仅是一种微观测量分析的工具，而且是一种重要的微观加工与操纵工具。5.特种超微细加工技术 还有一些特殊的超微细加工技术，可用于加工、制备纳米电子器件。它们包括机械控制裂隙连接电极技术制备Au原子线；纳米碳管构建FET；以DNA分子、纳米碳管、介孔材料为模板，制备量子线以及超精密复合加工、电解射流加工、电火花加工，电化学加工技术等。四、量子功能器件 纳米加工技术的突破和介观物理研究的发展，以全新的概念改变了器件的设计思想。器件研究者利用各种介观效应来改进器件的性能和设计制造新型量子器件。例如利用高迁移率效应制备高频高速器件。利用隧道效应制作多值逻辑器件。利用相干电子波干涉、衍射和反射现象设计高速开关器件和传感器、利用低维度下有效状态密度的变化制造激光器。下面介绍几种主要的量子效应器件。 在这种分类中，纳米级 器件、纳米传感器、纳米存储器、纳米集成电路以及纳米混合电路等分别被作为一种独立的纳米器件类型。图1 两种由纳米材料制作的二极管的I函数图像图2 COMS反相器（纳米材料制造）的电压传输特性结论：纳米技术与电子在生活中有着许多结合的应用比如计算机，手机，甚至连一个小小的声控灯都离不开控制电路元件，而这些控制电路的基本元器件离不开纳米电子加工工艺，可见纳米技术与电子科技的发展前景。当然纳米材料不仅仅在电子设备中应用广，它在生物制药，化学工艺，材料制备，能源与环境，农场品应用也很广。它能够使装备维修成本变低，应用更加得到人们的认可。当然除此之外，纳米材料的应用还存在着潜在未知的危害，我们熟知的空气污染物PM2.5就是纳米级的，目前还没有有效处理PM2.5的方法，再如尺寸小是否会避开微生物的降解，毒副作用如何等等。再者所制备的纳米材料不容易储存，遇见空气易燃，物理化学性质发生未知的变化，因此纳米材料仅仅是在某些方面取得了成就，要想使纳米技术应用到各种领域中，还需要人类的不断的开发和探索。相信未来的几十年纳米技术将是备受关注的高新领域之一，希望它的进步能够为大众带来便利