纳米电子技术郑丽芬ppt课件

1、纳米电子技术与电子器件 郑丽芬 01/11/10纳米电子技术与电子器件n纳米技术与纳米电子学n纳米电子器件n纳米电子学中超高密度信息存储n纳米电子学研讨的现状开展前景纳米技术与纳米电子学n开展目的n根底研讨n研讨中需求处理的课题开展目的纳米技术的诞生使人类改造自然的才干直接延伸到原子和分子，其最终目的是直接以原子分子在纳米尺度上制造特定功能的产品。纳米电子学是纳米技术的重要组成部分，其最终目的是将集成电路的几何构造进一步减小，研制出由单原子或单分子构成的并室温能用的的各种器件纳米电子器件或量子器件。 根底研讨自上而下，提高集成度自下而上，将有机无机资料尺寸逐渐增大加工组装成纳米极器件投资较少研

2、讨中需求处理的课题量子隧穿效应。首先要思索纳米点的资料和能级特性，还要思索纳米隙的构造，绝缘资料和缺陷。载流子的相关性。在微电子器件中不用思索载流子的相位作用，而在纳米器件中经弹性碰撞后，载流子的相位关系仍保管，因此载流子的振幅与相位都应思索并加以利用。多隧道结之间的牵连效应。在某纳米点输入或取出一个电荷时，多隧道结之间会产生牵连影响，这种影呼应深化研讨并加以利用。纳米电子器件也称量子器件，是利用量子效应及其它电学光学原理，采用纳米硅薄膜及其他资料制造的量子功能器件。主要经过控制电子动摇的相位来进展任务。量子器件能实现更高的呼应速度和更低的功耗，是一代超高速，超容量，超微型，低功耗的器件。纳米

3、电子器件组成部分相关原理加工技术典型器件组成部分n纳米点n有两种制造方法，一种是场蒸发，要求粒度在10nmn以上，制造容易但一致性差，制造纳米点阵比较方便；n另一种是电化学方法，粒度大小容易控制，精度比较n一致Au，CdSn纳米隙绝缘层n可以在导电基底，纳米点，SPM针尖上制造。n纳米线n场蒸发；思索采用原子或有机分子支配方法作少量纳n米线样品相关原理各种量子效应：量子隧穿效应，量子相关性，量子动摇性，弹道电子运输，量子尺寸效应，库仑阻塞，单电子振荡，布洛赫振荡和奇特导电性等。超导体导体半导体绝缘体异质界面量子波和异质结量子点的物理效应。高温铜氧化物超导体正常态的奇特特性，二维导电性导致的电子

4、波，电子对波和磁通线运动效应。单电子电子学，单电子对电子学和单磁通量子电子学的对偶性。原子与分子自组装机制。加工技术纳米级元器件主要包括两方面：1纳米级超细粉料制成的元器件2纳米级半导体器件和集成电路我们主要引见第二各方面的加工技术光刻技术纵向加工技术分子束外延MBE，金属有机气候堆积MOCVD，原子层外延技术ALE。现已实现单原子层薄膜生长，资料纵向尺寸控制精度已高达2A。横向加工技术高分辨率电子束和聚焦离子束技术。制造出的“纳米印刷机，用无机抗蚀剂已做出小于10nm的线宽。STMSPM超微细加工技术具有原子极的极高分辨率。可实时的得到在实空间中外表的三维图象，用于具有周期性和不具有周期性的

5、外表构造研讨，非常有利于对外表反响，分散等动态过程的研讨。可以得到单个原子层外表的部分构造，而不是对体相的平均性质。因此可以得到部分的外表缺陷和外表吸附体所引起的外表重构。 l可在任何条件下任务。非常适用于研讨生物样品和在不同实验条件下对样品外表的表征。l在得到样品外表形貌的同时亦可得到扫描隧道谱STS，可研讨外表的电子构造。l针尖可支配单个分子或原子，可对外表进展纳米尺度上的微细加工，包括刻蚀，阳极氧化。光刻技术与STM加工技术相结合 典型器件纳米电子器件及相应原理：谐振晶体管，电路和系统共振隧道效应超高速逻辑开关电子束高迁移率极大容量存储器量子点的可积存电子原理单电子晶体管包括单电子开关和

6、单电子存储器) 库仑阻塞效应，单电子振荡和隧穿效应l单电子对晶体管，电路和系统单电子对隧穿效应，布洛赫振荡l单磁通量子晶体管二维超导体量子面的磁通量子化l无导线集成电路四个量子点组成一个单元，多个单元连在一同，单元之间的电子运动以耦合方式进展，从而实现信号传送l单原子开关和存储器，分子线，分子开关和存储器具有量子点构造的硅器件将n型csi在1050度干氧中热氧化生长1000A的sio2层，光刻出4040um的窗口，在窗口区淀积一层200A厚的asi层，再在800度的N2和o28：1使asi层氧化和晶化构成量子点构造。单电子晶体管单电子隧穿景象 假设有一纳米微粒尺寸足够小且与其周围外界在电学上是

7、绝缘的，它与外界之间的电容可小到1016F，在这种情况下，某个电子隧穿进入该微粒，它会阻止第二个电子再进入该微粒，否那么会导致系统总能的添加，因此可人为控制电子逐个穿进出该微粒，实现单电子隧穿过程。l单电子晶体管的发现促进了纳米电子学的开展。单电子隧穿可运用于对高频电磁波辐射的灵敏检测，尤其在远红外波段范围；单个电子还可作为传送信息的载体；目前已有规范DC电流源和超灵敏静电计的报导。高电子迁移率晶体管HEMTHEMT构造图纳米电子学中超高密度信息存储信息科学作为未来新兴高科技产业的先导，在世界上的开展已被人们公认，其中电子学是重要的组成部分。诺贝尔奖金获得者德国物理学家Von Klitzing

8、在1997年预言：2030年将能实现纳米电子器件。伴随着这一过程，作为电子学主流器件之一的信息存储器件的存储密度将到达很高的程度。1013Bit/cm2 面临的根本问题所选用的信息转换与传送机制超高密度信息存储技术国际超高密度信息存储典型成果国内超高密度信息存储典型成果面临的根本问题更高的信息存储密度：即信息点的尺寸要小更快的写入与读出时间：即薄膜上“1和“0形状的转换时间要快所选用的信息转换与传送机制基于薄膜中局域内的分子或分子之间的电荷传送来实现，其转换时间短，稳定时间长存储寿命，用更小尺寸的存储点也可以实现信息存储选用的资料为有机复合薄膜资料薄膜必需是构造稳定的高质量缺陷少，结晶好的纳米

9、薄膜，用真空蒸发堆积方法可到达这个目的超高密度信息存储技术激光化学烧孔技术光吸收带有机资料的异构变化反式体顺式体SNOM的磁光效应电子全息图技术纳米区电荷存储技术国际超高密度信息存储典型成果Stanford大学，R.Barrett等 1991 年硅构造制出75nm 的存储点径Texas大学，A.Bard等 1993光导资料 40nm NEC公司，A.Sato等 1995无机玻璃资料10nm Canon公司，K.Takimoto等 1996聚酰亚胺LB膜 10nm 国内超高密度信息存储典型成果1993在AgTDCN薄膜上得到最小直径为40cm的点阵1994年C70 DDMNE 得到最小直径为13

10、nm的存储点1995年在AgCPU上得到10nm的点径1996年在mNBMN和DAB有机复合薄膜上得到直径为1.3nm的信息点阵存储密度到达1013Bit/cm2 纳米电子学研讨的现状及前景国际研讨动态 日本已研制出接近室温任务的单电子晶体管，佳能公司用STM在有机薄膜上给出了3636的信息存储点阵，信息斑点为10nm；美国普渡大学对室温单电子原型器件进展了很胜利的丈量，此外在C60和纳米碳管的各种组合资料中也观测到了单电子输运景象；其他国家也在努力于纳米器件的研讨并投入了大量的资金。国内研讨动态 主要是根底性研讨，包括STM用于纳米构造的加工，SNFOM用于光电信号的特性研讨，单电子器件的组装与测试，纳米尺寸信息存储的资料，读写技术和机理研讨，新型有机无机组装资料，纳米物性的测试和表征，纳米电子器件的机理等多项研讨，某些研讨已处于国际先进程度。尤其在有机薄膜超高密度信息存储方面。开展前景 纳米电子学的开展目的中除了研制基于量子效应的量子器件外，还有一个研讨 方向是开展分子电子器件和生物分子器件。它们基于分子的自我组装技术在平衡条件下，分子自发组合而成为一种稳定的，