《纳米电子学》PPT课件

《《纳米电子学》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、原子力显微镜及其应用原子力显微镜的基本原理原子力显微镜微悬臂偏转的检测方法原子力显微镜获得的原子图像原子力显微镜的纳米加工技术原子力显微镜的基本原理STM只能在导电材料的样品表面上分辨出单个的原子并得到原子结构的三维图像。对于非导电材料，STM将无能为力。为了弥补STM的不足，达到分辨不导电物体表面上的单个原子，1986年，Binnig等发明了原子力显微镜（AtomicForceMicroscopy,AFM)。AFM是一种类似于STM的显微技术，它的许多元件与STM是共同的，如用于三维扫描的压电陶瓷系统以及反馈控制器等。AFM与STM的

2、差别AFM与STM主要不同点是用一个对微弱力极其敏感的易弯曲的微悬臂针尖代替了STM的隧道针尖，并以探测悬臂的微小偏转代替了STM中的探测微小隧道电流。正是因为AFM工作时不需要探测隧道电流，所以它可以用于分辨包括绝缘体在内的各种材料表面上的单个原子，其应用范围无疑比STM更加广阔。但从分辨率来看，AFM要比STM略微低些。AFM的工作原理AFM的核心部件是对微弱力极其敏感的微悬臂，它的一端被固定，另一端则有一微小的针尖。AFM在图像扫描时，针尖与样品表面轻轻接触，而针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力（10-8～10-6牛顿

3、），这个力会使悬臂产生微小偏转。这种偏转被检测出来，并用作反馈来保持力的恒定，就可以获得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的图像。原子力显微镜的纳米加工技术在现代超大规模集成电路芯片的光刻生产加工中，目前广泛应用于实际生产，精度最高的是深紫外光光刻技术。它加工的最小线宽为130nm，其理论极限是100nm。由于最小线宽决定了集成电路中晶体管尺寸的大小,因此发展100nm以下的刻蚀技术是未来更大规模集成电路加工的基础。AFM与STM一样，在纳米结构加工的方面具有很强的应用背景。由于它不受材料种类的限制，在各种材料的纳

4、米加工中得到了更加广泛的应用。同时，AFM所具有的原子分辨的能力，使它在尺寸小于100nm的结构加工中具有十分明显的优越性。（a）在Si材料的表面上沉积有一层厚度为65nm的抗刻蚀聚合物材料；（b）受到电子束的激励后，抗刻蚀聚合物材料发生聚合反应而形成一层特殊的抗刻蚀层；（c）将没有受到电子束激励的其余聚合物材料移去并暴露出Si材料的表面；（d）直接在Si材料上刻蚀出特定的结构。这个结构将和用电子束在聚合物材料上预先制作的结构完全相同。硅材料表面上纳米细线的刻蚀步骤硅材料表面上纳米细线的刻蚀光刻的工艺流程1、清洁处理：清洁的表面才能与光

5、刻胶有良好的粘附；2、涂胶：在待光刻的硅片表面均匀地涂上一层光刻胶。要求粘附良好，均匀；3、前烘：使光刻胶干燥，以增强胶膜与硅片表面的粘附性和胶膜耐磨性，同时使曝光时能进行充分的光化学反应；4、曝光及显影：在曝过光的硅片表面的胶膜上显影出与掩膜版相同（正性光刻胶）或相反（负性光刻胶）的图形，显影后的硅片必须严格检查，以保证光刻的质量；5、坚膜：使胶膜与硅片之间紧密粘附，防止胶层脱落，同时增强胶膜本身的抗蚀能力；6、腐蚀：以坚膜后的光刻胶作为掩蔽层，对衬底进行干法或湿法腐蚀，使之得到与光刻胶膜图形相应的图形；7、去胶：以干法或湿法去除光刻

6、胶膜。第五讲纳米电子学引言微电子技术及超大规模集成电路的发展限制单电子晶体管单电子存储器纳米电子学美国一家研究所在“杀人蜂”背上粘上微芯片和红外发射器以追踪监视MOS场效应晶体管结构引言纳米技术中最重要的一个分支领域是纳米电子学技术。在信息社会中，电子学的应用显得越来越重要。信息的获取、放大、存储、处理、传输、转换和显示，哪一样都离不开电子学。电子学技术早已经成为人类经济的命脉。电子学未来的发展，将以“更小，更快，更冷”为目标。“更小”是进一步提高芯片的集成度，“更快”是实现更高的信息运算和处理速度，而“更冷”则是进一步降低芯片的功耗。

7、电子管计算机时期（1946～1959），1946年，第一台电子计算机“埃尼阿克”问世。第一台电子计算机叫“埃尼阿克”，它长30.48米，宽1米，占地面积为70平方米，有30个操作台，约相当于10件普通房间的大小，重达30吨，耗电量为150千瓦，造价是48万美元。“埃尼阿克”使用18000个电子管、70000个电阻、10000个电容、1500个继电器和6000多个开关，每秒执行5000次加法或400次乘法运算，是继电器计算机的1000倍、手工计算的20万倍。晶体管计算机时期（1959～1964），俗称为第二代计算机1959年12月18日，

8、世界上第一台晶体管计算机——IBM7090由美国国际商业机器公司制造成功。IBM7090，第一台晶体管计算机，使用穿孔卡片，由IBM制造。有32K内存，系统用5K，用户用27K，用户数据在内存和一台磁鼓之间