人类通过工具认识世界.ppt

1,可见光:波长40007600(1=10-10m),频率7.510143.91014Hz,光是电磁波,内容回顾1,2,认识和改造世界,光学是一门研究光（粒子流和电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。,光的控制：透镜、放大镜、显微镜、望远镜,1放大镜,2.1视放大率,增大视角，产生放大作用；,应使无限远目标成像，即平行光入射。,l：物距。明视距离l=250mm,物体应置于放大镜前焦点附近；f=250mm，无放大作用；f光学显微镜的分辨率。,如直径30m的射电望远镜。,电子：0.11,电子显微镜分辨本领很高,可观察物质结构。,R等于最小分辨角的倒数,即:,射电望远镜,波多黎各射电望远镜,普通光学显微镜,普通生物显微镜由3部分构成，即：照明系统，包括光源和聚光器；光学放大系统，由物镜和目镜组成，是显微镜的主体；机械装置，用于固定材料和观察方便。,电子枪,电子光学镜筒,样品台,成像和计算机控制部分,电源和真空系统,当速度u远小于光速c时为:,电子波长的计算,当速度u与光速c可比时为:,不同加速电压下电子波的波长,加速电压（kV）,电子波长(nm),20,30,50,100,200,0.00859,0.00698,0.00536,0.00370,0.00251,观察到的各种细胞,雨水中的微生物,光学显微镜,列文虎克,2.3认识世界的显微镜,不断突破认识极限的过程,R.虎克在17世纪中期制做的复式显微镜,19世纪中期的显微镜,20世纪初期的显微镜,带自动照相机的光学显微镜,荷兰范-艾格蒙特摄影工作室的维姆范艾格蒙特用相差技术拍摄的放大160倍的海洋硅藻Licmophoraflabellata,荷兰范-艾格蒙特摄影工作室的维姆范艾格蒙特用微分干涉相差技术拍摄的放大100倍后的受精卵内的鱼类胚胎,荧光显微镜照片（微管呈绿色、微丝红色、核蓝色），图片来自,美国俄勒冈州分子探测公司的杰罗德萨利斯布里使用荧光技术拍摄的放大600倍的印度黄麂的皮肤纤维原细胞,美国维吉尼亚公司的阿隆迈辛用偏振光技术拍摄的放大25倍后的荠菜种子,电子显微镜,电子显微镜下的蚊子,最早的巨型电子显微镜,高电压下电子流波长很短,（100000）,第一台透射电子显微镜光路图及其与光学显微镜的类比,这是Ruska在1931-1933年完成的。从这时起，电子显微镜的基本光学原理始终没有改变过。后来的改进主要是提高分辨本领和使用性能等。,300,700,SEMmicrographofamicromachine,树枝石-一种矿物,High-resolutionSEI.Specimen:Evaporatedgoldparticlesoncarbonfilm.,TEM和SEM,透射成像扫描成像分辨率价格,1947年贝尔实验室发明世界第一只点接触晶体管,1957atTexasInstrumentsJackKilby,BardeenandWalterBrattain;BellLabs1947,第一个平面集成电路1961atFairchildRobertNoyce,这才是采用硅基平面双极型集成电路（不是单个器件）制造中光刻工艺技术的开始!,仙童半导体第一只商品化原始平面晶体管,1959年研制成功,1952年，光刻工艺,达默早在1952年就指出，由半导体构成的晶体管，可以把它们组装在一块平板上而去掉之间的连线。,2.3改造世界的光学仪器,自从1958年世界上出现第一块平面集成电路开始算起，在短短的五十年中，微电子技术以令世人震惊的速度突飞猛进地发展，创造了人间奇迹。人类社会、世界、科学、未来都离不开微电子。作为微电子技术工艺基础的微光刻技术与微纳米加工技术是人类迄今为止所能达到的精度最高的加工技术。1980年左右曾经有人预言：光刻线宽不能小于1微米1989年曾经有预言：到1997年光刻技术将走到尽头1994年也曾经有比较乐观的长期预测，2007年线宽达到0.1微米（保守的预计为0.5微米）这些预测都被光刻技术神话般的进步的步伐远远抛在后头！过去的几十年中证明，只要通过光刻技术的专家们的努力，就有办法实现当时看来已经超过现有光刻工艺物理极限的加工精度，不断地编写着新的神话。,微电子技术每十年产生一代的技术进步,2012年04月24日下午英特尔在北京天文馆举行发布会，正式发布了核心代号为IvyBridge的第三代酷睿处理器。IvyBridge是英特尔首款22纳米工艺处理器，而当前的SandyBridge处理器采用32纳米工艺制造。IvyBridge核芯显卡升级为HDGraphics4000，是Intel首款支持DX11的GPU核心。,首次引入了英特尔的3D晶体管技术，晶体管数量由SNB的11.6亿个增加为14亿个，首次内建了USB3.0功能英特尔称首批IvyBridge超极本6月5日开售,3-D三栅极晶体管技术,英特尔中国区总裁杨叙先生,80年代：VLSICMOS,90年代：ULSICMOS,20世纪末：SOICMOSIC,到如今越来越复杂的CMOS集成电路,HeCd442nmLaserDiode405nmArgon-lon363nm,海德堡200/2000/8000激光光刻系统HAIDELBERGLaser-LithographySystem,电子束光刻技术E-BeamLithography,JEOLJBX6300FS纳米电子束直写光刻系统,加速电压25/50/100KeV；ZrO/W场发射灯丝；最大8英寸硅片；图形扫描频率12-50MHz,HSQFox16胶厚400nm线宽30nm,5nm宽格栅,JEOLJBX6300FS,30nm器件,20nm点阵,10nm线条,最大直写片子尺寸Max.wafersize:12inch(300mm)最小电子束斑Min.Beamspotdiameter:4nm位置及套刻精度Position,overlayeraccuracy:20nm,JBX9300电子束直写系统,Electronbeamlithograph:JBX-9300Ebeamwriter,主机,台面,片夹,Si,Si,ZEP5201m,ZEP5201m,BeamCurrent:15nASensitivity:3210C/cm2Designedpatternwidth:48nmScanningStep:16nmWritingresult:100nm,BeamCurrent:100nASensitivity:1792C/cm2Designedpatternwidth:1nmScanningStep:42nmWritingresult:250nm,10nmCDUniformitywithin500mfield(40nmpitchL&S),400nm,10nm,100kV600pAHSQ(30nm)6400C/cm2,WritingMode:100kVCurrent:6nAResist:HSQ130nmSensitivity:5500C/cm2,15nm,Highbeamcurrentexposure(100kV)(500nmpitchL/Spatternwritingwith1mthickresist),100kV；100nmZEP520；50nmpitch32295C/cm2100pANickel-chromiumlift-off,JBX9300电子束光刻系统,ZEP520100nm密集线,ZEP52070nm点阵,清华大学纳米中心JBX6300FS电子束曝光实验结果,PMMA50nm密集线,PMMA60nm密集线,PMMA30nm孤立线,ZEP520刻蚀Si100nm宽900nm深,双层胶PMMA-MMA,PMMA180nm厚MMA320nm厚,结构120nm-370nm,双层胶ZEP-MMA,结构95nm-170nm,ZEP300nm厚MMA320nm厚,AuAg剥离100nm,HSQ网格结构22nm,HSQ胶厚180nm,清华大学纳米中心JBX6300FS电子束曝光实验结果,张立辉,HSQ网格结构17nm,HSQ网格结构17nm,SU-8胶厚1200nm,HSQ网格结构100nm,SU-8网格结构100nm,SU-8线条300nm,纳米棒阵列的可控“自组装”,46,减少纳米棒的数目,500nm,段辉高博士,定向倒覆制造纳米结构的研究,3电子光学-几何光学的拓展,电子光学电子在电磁场中运动和电子在电磁场中聚焦、成像、偏转等规律的学科。,参考文献,1K.Tsuno,E.MunroandJ.Orloff(Ed.).HandbookofChargedParticleOptics,CRCPress,1997,BocaRaton.2西门纪业,电子光学正则理论与束流计算，北京：国防工业出版社，1994.3黄兰友,刘绪平.电子显微镜与电子光