2.6 纳米器件工艺概论

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1、2.6纳米器件工艺概论在纳米器件领域内采用的主要加工技术是激光、x线、离子束和电子束等技术。1000nm100nm10nm1nm0.1nmSiULSI16Mb256Mb(1m)(0.1m)(10Å)细菌病毒STM点状电子束紫外光,激光,x光聚焦离子束纳米工艺亚微米工艺原子级工艺电子离子光4Mb64Mb1Gb血红蛋白分子胰岛素分子苯分子C-C键单电子晶体管原子器件分子器件介观器件量子点微细加工技术的进展A.三束离子①电子束曝光技术：扫描电子束的直径可达5nm(通过提高电子显微镜的加速能量来实现)；曝光分辨率在采用有机感光胶时可

2、达10nm,这已经实用化了。如果采用无机感光胶和STEM系统,曝光分辨率甚至可以达到1nm。②离子束曝光技术：聚焦离子束的直径可达8nm；曝光分辨率可达8nm。③利用STM：细小探针可实现对原子、分子的直接操纵,可改造和控制表面；分辩率可达到0.1nm(横向)和0.01nm(纵向)。虽然该技术对器件的制造无太大的实用价值,但是对人工表面的研究,对新现象、新器件的研究,具有重要的意义。B.采用电子束曝光或电子束刻蚀技术来制作量子结构Si(110)衬底用电子束曝光制作出光刻胶膜图形Si(110)衬底Si(110)衬底光刻胶SiO2膜

3、等离子体氧化用有机溶剂去掉光刻胶膜KOH干法腐蚀的各向异性刻出量子线Si衬底上量子线的制作KOH对Si具有较好的各向异性腐蚀性质：当Si是(110)面时,对<112>方向的线条,可得到垂直的断面。当Si是(100)面时,可腐蚀出台形的断面。Cl2气氛As4气氛去掉氧化膜再生长Cl2气腐蚀MBE生长O2气氛O2气氛外延层电子束GaAs衬底真空辐照形成氧化膜外延层GaAs衬底GaAs衬底GaAs衬底GaAs衬底负型电子束刻蚀技术C.采用聚焦离子束（FIB）加工技术来制作量子结构2DEG栅极栅极FIB扫描形成的高阻区GaAsn-AlG

4、aAs衬底FIB扫描形成的高阻区采用FIB技术来制作量子线D.采用扫描隧道显微镜(STM)技术来制作量子结构——应用探针一个一个地提起物理吸附在表面上的原子(通过原子之间力的作用)。——应用探针(其上加有脉冲电压)一个一个地拔取表面层的原子(基于电场蒸发原理)。——应用探针(加有脉冲电压)一个一个地去掉化学吸附在表面上的原子(基于隧穿电子引起化学反应的腐蚀作用)。STM单原子操纵和纳米加工技术STM的针尖可以成像，可以操纵表面上的原子或分子。（1）针尖下移，使针尖顶部的原子和表面上的原子的“电子云”重叠，有的电子为双方共享，就会

5、产生一种与化学键相似的力，以操纵表面上的原子。（2）针尖和表面之间加上一定的能量，如电场蒸发，电流激励，光子激励等能量方式来有效地操纵表面原子。——STM原子操纵与蚀刻硅111面77原子重构象STM技术与其他技术结合起来而实现纳米结构n-SiTiSiO2STM探针TiOx5VVDSSD岛Gn-SiSiO2TiTiOxTiVG形成TiOx单电子晶体管的截面H2O作为电解质，利用阳极氧化技术，STM探针把Ti膜氧化成TiOx，可作出10nm宽的TiOx线。TiOx具有较小于TiO2的，较小（减小电容）。第二章作业1.久保理论包

6、含的内容是什么？为什么在低温下，热的涨落很难改变纳米微粒的电中性？2.纳米金属微粒由导体转变为绝缘体的条件是什么？3.试比较纳米微粒的量子尺寸效应和小尺寸效应。4.什么是库仑堵塞效应？观察到库仑堵塞和量子隧穿的条件是什么？为什么隧道结的等效电阻R必须大于量子电阻(26kΩ)?5.什么是宏观量子隧穿效应?试举例说明。6.画出单隧道结堵塞与隧穿的I-V曲线、I-t曲线和V-t曲线，标出堵塞区7.简要说明“单电子岛-双隧道结”结构的SET器件的Coulomb台阶、Coulomb振荡的形成过程。