學(xué)士論文-理工科類-納米科學(xué)和技術(shù)的二次浪潮-資料下載頁
2025-10-21 08:02本頁面
【導(dǎo)讀】down”的辦法制造大量的納米管、納米線以及納米團(tuán)簇。這些努力已經(jīng)表明，如果納米結(jié)構(gòu)能夠低廉地制造，那我們就會(huì)有更豐碩的收獲。在半導(dǎo)體工業(yè)，制造結(jié)構(gòu)尺寸小于70納米器件的能力允許器件的持續(xù)。在下一個(gè)10年中，納米科學(xué)和技術(shù)的另次浪潮將可能來臨?？刂颇芰?shí)現(xiàn)人們期望的功能。時(shí)期里發(fā)展所面對的困難和挑戰(zhàn)。一系列新的方法將被討論。differentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”。在這個(gè)領(lǐng)域的研究舉世矚目。例如，美國政府2020財(cái)政年度在納米尺。度科學(xué)上的投入要比2020財(cái)政年增長83%，達(dá)到5億美金?，F(xiàn)的想法和觀念，例如，單電子輸運(yùn)器件和量子點(diǎn)激光器等。的特征尺寸預(yù)期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預(yù)期降到45納米。而，到2020年在MPU制造中一些不知其解的問題預(yù)期就會(huì)出現(xiàn)。在光電子學(xué)上，量子點(diǎn)激光器展現(xiàn)出低閾值電流密度、弱閾值電流溫。們帶來許多潛在的好處?？偠灾?，無論是從基礎(chǔ)研究（探索基于非經(jīng)典效應(yīng)
【正文】 當(dāng)器件中的個(gè)別有源區(qū)尺寸小于 100 nm 時(shí)，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因?yàn)樗械募{米結(jié)構(gòu)都有大的表面 體積比，必須盡可能地減少在納米結(jié)構(gòu)表面或者靠近的任何缺陷。 隨著器件持續(xù)微型化的趨勢的發(fā)展，普通光刻技術(shù)的精度將很快達(dá)到它的由光的衍射定律以及材料物理性質(zhì)所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學(xué)近鄰干擾效應(yīng)等措施，特征尺寸小至 80 nm 的圖形已能用普通光刻技術(shù)制備出。然而不大可能用普通光刻技術(shù)再進(jìn)一步顯著縮小尺寸。采用 X 光和 EUV 的光刻技術(shù)仍在研發(fā)之 中，可是發(fā)展這些技術(shù)遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰(zhàn)性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關(guān)聯(lián)的近鄰干擾效應(yīng)問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術(shù)。掃描微探針技術(shù)提供了能分辨單個(gè)原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項(xiàng)技術(shù)卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達(dá)到可以接受的刻寫速度。利用轉(zhuǎn)移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術(shù)，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術(shù)則提供了實(shí)現(xiàn)成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的 圖形僅局限于點(diǎn)狀或者柱狀圖形。對于制造相對簡單的器件而言，此類技術(shù)是足夠用的，但并不能解決微電子工業(yè)所面對的問題。需要將圖形從一張模版復(fù)制到聚合物膜上的各種所謂 “ 軟光刻 “ 方法提供了一種并行刻寫的技術(shù)途徑。模版可以用其他慢寫技術(shù)來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復(fù)制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底， 而且不像那些依賴化學(xué)自組裝圖形形成機(jī)制的方法， 它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產(chǎn)率，某些技術(shù)問題如穿刺及因灰塵導(dǎo)致的損傷等問題需要加以解決。對一個(gè)理想的納米刻寫技 術(shù)而言，它的運(yùn)行和維修成本應(yīng)該低，它應(yīng)具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結(jié)構(gòu)的能力，還應(yīng)有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結(jié)構(gòu)的功能。此外，它也應(yīng)能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時(shí)至今日，仍然沒有任何一項(xiàng)能制作亞100 nm 圖形的單項(xiàng)技術(shù)能同時(shí)滿足上述所有條件?，F(xiàn)在還難說是否上述技術(shù)中的一種或者它們的某種組合會(huì)取代傳統(tǒng)的光刻技術(shù)。究竟是現(xiàn)有刻寫技術(shù)的組合還是一種全新的技術(shù)會(huì)成為最終的納米刻寫技術(shù)還有待于觀察。 另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是，為了更新我們關(guān)于納米結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和知識(shí)，有必要改善現(xiàn)有 的表征技術(shù)或者發(fā)展一種新技術(shù)能夠用來表征單個(gè)納米尺度物體。由于自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力對于研究這些結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)是絕對至關(guān)重要的。目前表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力非常有限。譬如，沒有一種結(jié)構(gòu)表征工具能夠用來確定一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)到 ?的精度或者更佳。透射電子顯微術(shù) (TEM)能夠用來研究一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況，但是它不能提供有關(guān)表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術(shù)（ STM）和原子力顯微術(shù)（ AFM）能夠給出表面某區(qū)域的形貌，但它們并不能提供定量結(jié)構(gòu)信息好到 能仔細(xì)理解表面性質(zhì)所要求的精度。當(dāng)近場光學(xué)方法能夠給出局部區(qū)域光譜信息時(shí)，它們能給出的關(guān)于局部雜質(zhì)濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術(shù)能夠擴(kuò)展到能夠用來研究單個(gè)納米體的表面和內(nèi)部情況，否則能夠得到的有關(guān)納米結(jié)構(gòu)的所有重要結(jié)構(gòu)和組份的定量信息非常有限。 V. 展望 目前，已有不少納米尺度圖形刻制技術(shù)，它們僅有的短處要么是刻寫速度慢要么是刻寫復(fù)雜圖形的能力有限。這些技術(shù)可以用來制造簡單的納米原型器件，這將能使我們研究這些器件的性質(zhì)以及探討優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)以便進(jìn)一 步地改善它們的性能。必須發(fā)展新的表征技術(shù)，這不單是為了器件表征，也是為了能使我們擁有一個(gè)對器件制造過程中的必要工藝如版對準(zhǔn)的能進(jìn)行監(jiān)控的手段。隨著器件尺度的持續(xù)縮小，對制造技術(shù)的要求會(huì)更苛刻，理所當(dāng)然地對評判方法的要求也變得更嚴(yán)格。這些評判方法得能夠用來評判制備出的結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)要求以及它們是否處于可接受的誤差范圍內(nèi)。因此，除怎樣能夠?qū)⒉牧峡讨瞥商卣鞒叽缭?1100 nm 尺寸范圍結(jié)構(gòu)的問題外，還有兩個(gè)重要的問題，那就是我們想要制備的哪些種類的新結(jié)構(gòu)能充分利用在小尺度條件下所展現(xiàn)的量子效應(yīng)，以及怎樣表征所制 備出來的結(jié)構(gòu)。電子工業(yè)正面臨雙重挑戰(zhàn)，首先要克服將器件尺寸縮小到 100 nm 以下的技術(shù)困難，第二個(gè)困難是需要發(fā)明新器件以便能夠取代尺度縮小到其操作機(jī)制崩潰的現(xiàn)有器件。因?yàn)槟壳斑€不清楚哪種結(jié)構(gòu)將能夠取代現(xiàn)在的電子器件，盡管傳統(tǒng)光刻技術(shù)在刻制納米結(jié)構(gòu)上的局限性，但現(xiàn)在談?wù)撧饤墏鹘y(tǒng)技術(shù)尚為之過早。光電子工業(yè)則面對相對容易的困難，它的困難主要集中在圖形的刻制問題上。這僅僅影響器件有源區(qū)的尺寸以及幾何結(jié)構(gòu)，但不存在需要克服的在器件運(yùn)行機(jī)制上的基本極限。隨著光學(xué)有源區(qū)尺寸的縮小，嶄新的光學(xué)現(xiàn)象很有可能被發(fā)現(xiàn)，這可能導(dǎo)致 發(fā)明新的光電子器件。然而，不象電子工業(yè)發(fā)展那樣需要尋找 MOS 晶體管的替代品，光電子工業(yè)并沒有如此的立時(shí)尖銳問題需要迫切解決。納米探測器和納米傳感器是一個(gè)全新的領(lǐng)域，目前還難以預(yù)測它的進(jìn)一步發(fā)展趨勢。然而，基于對嶄新診斷技術(shù)的預(yù)期需要，我們有理由相信這將是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域。總括起來，在所有三個(gè)主要領(lǐng)域里應(yīng)用納米結(jié)構(gòu)所要求的共同點(diǎn)是對納米結(jié)構(gòu)的尺寸、材料純度、位序以及成份的精確控制。一旦這個(gè)問題能夠解決，就會(huì)有大量的嶄新器件誕生和被研究。
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