前言 纳米电子材料与纳米电子器件是纳米技术的核心和基础,随着纳米材料的制备方法 结构表征、性能测试技术发展到一定程度,利用其特殊的纳米效应,尤其是电磁声光热弹等 功能特性应用于电子元器件中,或研制出新的单电子器件,将极大地推动电子信息技术快 速地发展到一个真正的微纳尺度水平。为此我们深感有必要对电子信息技术中的纳米科 技问题进行归纳、整理和介绍。本书被电子科技大学审定为面向21世纪的重点教材,由电 子工业出版社组织出版。 本书根据国内外该领域的发展趋势,将目前主要的纳米电子材料的进展情况进行较为 系统的介绍,并结合纳电子学的核心-单电子器件的基本原理,对这些典型电子材料在 电子器件中的实际应用进行描述,力求构成个较为完整的纳米电了材料与器件应用的 概貌 本书由三大部分构成。第1、2章是纳米技术的基本情况,第3~7章主要是纳米电、磁、 光功能材料及其在电子元器件中的应用,第8~10章则主要是纳米电子学的基本知识。三 个部分有定的独立性联结起来又成一体。 全书由李言荣教授主编。第1、2章由李言荣教授编写,第3、4、6、7章由恽正中教授编 写,第5章由张万里副教授编写,第8、9、10章由谢孟贤教授编写,最后由李言荣对全书修 改、统稿 本书主要章节是从我们近年给高年级本科生、研究生多次讲授过的讲义内容中精选、 修改而成的,参考教学时数为60学时。可供电子科学技术、材料、物理、化工、冶金等学科 和相关技术人员使用。 由于纳米技术参考资料众多,限于篇幅,不能…一列出,在此向本书所有涉及内容的原 作者致谢。 鉴于作者水平所限,时间仓促,书中缺点错误、遗漏在所难免,恳请同行和读者批评正。 作者 2005年8月于电子科技大学
目录 第1章纳米技术概论……………………………………………… 1引言 2基本概念和内涵………………… 1.3纳米技术发展简史 .4纳米技术的应用…… ………………………………………………6 1.5纳米技术发展的主要难点… p甲,垂 主要参考文献 ………………………………………………………………14 第2章纳米电子技术基础……… 、P;,中,甲,·中,4 2.1纳米效应…………… 甲普非由D国非,、日 22纳米薄膜技术………… 2.2.1基片的选择 2.2.2制膜方法…………………………………………………………24 2.2.3成膜方法比较 2.3超晶格与低维材料 2.3.超晶格材料及其电子状态………… 33 2.3.2低维材料… …………………………………42 2.3.3多孔硅………… ………44 2.3.4纳米微品硅薄膜………………"………… 2.4纳米器件工艺概论…… ……46 主要参考文献 第3章纳米导电材料… ………………………………52 3.1纳米金属的性质与制备…… …………52 l.1纳米金属材料的主要物理性质…………………………………………52 3.1.2纳米金属固体的制备方法………5 3.1.3纳米金属膜的制备方法………………………… 54 3.1.4纳米金属的结构与形态 54 3.1.5纳米金属中的晶界和非平衡结构合金…………………………………………55 3.2纳米金属在电子工业中的应用……………………56 3,2.纳米铜… 32.2纳米导电浆料… ……58 323低渥焊料………………………………… ……60
纳米电子材料与器件 3.2.4用于传感器的纳米金属颗粒…… …………………60 3.2.5纳米金属一—介孔异质复合体 3.3纳米电磁屏蔽与吸波材料 目号国Bp由中专卓甲·, ………………6 3.3.1电磁屏蔽在信息社会中的重要性……………………………………… 3.3.2电磁屏蔽与吸波材料的工作机理 ………………………………62 3.3.3纳米材料的吸波主要机制 …………………………………………63 3.3.4纳米屏蔽与吸波材料动态 3.4纳米电极材料…………… 3.4.1纳米镍电极……………… 3.4.2纳米超级电容器电极………………"…"" 66 3.4.3纳米锂离子蓄电池电极……… 68 3.4.4纳米电极材料开发中需解决的问题………………"…… 3.5纳米金属线与纳米间轴电缆…………… ……70 1纳米金属线及其合成方法 3.5.2纳米金属线的应用…………"" 3.5.3问轴纳米电缆 ,.中,非 主要参考文献 第4章纳米电子陶瓷 4.1电子陶瓷与纳米电子陶瓷……………………………………………………75 4.1.1电子陶瓷的发展…… ,,、·;,,,·, 75 1.1.2纳米电子陶瓷的内涵及其分类…………………"" 76 4.1.3纳米电子陶瓷的性能………………"………… 4.1.4纳米电子陶瓷的发展……………………" 4.2纳米电子陶瓷的制备技术……………"""…¨ 4.2.1纳米电子陶瓷粉体制备技术……………………"""… 4.2.2纳米陶瓷粉体的团棗…………84 4.2.3纳米电子陶瓷的成型技术…………………… 4.2.4纳米电子陶瓷的烧结技术 4.3纳米介电陶瓷………………………… 4.3.1纳米绝缘电子陶瓷 4,3.2纳米压电与铁电陶瓷……… 纳米敏感陶瓷 103 4.4纳米电子陶瓷薄膜………… ………………108 4.4.1纳米电子陶瓷薄膜概述 108 4.4.2纳米压电铁电膜∵ …110 4.43用于ⅤLSI低介电常数材料纳米多孔二氧化硅……………114
目录 Ⅲ 4.4纳米念刚石膜………………………………………………………………1 4.4.5纳米气敏陶瓷薄膜……………………………… 主要参考文轅… ……119 第5章纳米磁性材料……… ,普非.告卡普甲非脂自由●亲电由中《,看●导争垂 120 5.1纳米磁性材料的介观磁性与分类…………………………120 5.1,1纳米磁性材料的介观磁性………… …120 5.1.2纳米磁性材料的分类…………" 5.2磁电阻效应及材料 5.2.1基本概念……………………………………… 5.2.2巨磁电阻材料 5.2.3隧道磁电阻材料…… ……………………………………130 5.2.4庞磁电阻材料 ,,4 133 5.2.5二类磁电阻材料的比较………… 5.3GMR磁电子器件 …………………………135 5.3.1便盘读出磁头· 135 5.3.2磁性随机存储器………………………… 5.3.3GMR传感器 f磁电子器件的新发展………………… l46 5,4纳米晶软磁材料 5.4.1纳米晶牧磁材料的特性 5.4.2主要的纳米晶软磁材料…………………………………… 5.43纳米晶软磁材料的制备及应用……………………… ……153 5.5纳米晶复合永磁材料… …154 5.5.1纳米晶复合永磁材料的特征………………………………154 5.5.2常见的纳米晶复合永磁材料………………… 5.5.3纳米晶复合永磁材料制备与应用领域……………………158 5.5.4研究热点… 6磁致冷质 ……………159 5.6.1磁致冷的基本原理…… 159 56.2磁致冷【质……………………………… 7磁性液体和纳米磁记录介质材料… …………………162 7.!磁性液体· 162 5.7.2磁性液体的应用 ……,…………………165 5,7.3纳米磁记录材料… ,;4 166 主要参考文献……… …169
Ⅳ 纳米电子材料与器件 第6章低维半导体材料… 6.1低维半导体材料機述………… 6.1.1低维半导体材料……………… 国着 6.1.2纳米半导体中能谱与量子效应 甲面 6.2纳米半导体材料的制备与评价 ………………174 6.2.1半导体微结构材料牛长和精细加工相结合的制备技术…………………………174 6.2.2应变自组装纳米量子点(线)结构生长技术……… 175 6.2.3半导体纳米结构材料的其他制备技术…76 6.2.4纳米半导体的评价技术…………………………………176 6.3超晶格与量子阱材料……………………………………“""…"… 178 6.3.1超品格与量子阱的特性 …179 6.3.2·V族超晶格、量子阱材料………… 6.3,3硅基应变异质结构超品格与量子阱材料 6.3.4Ⅱ-Ⅵ族超晶格、量子阱材料…………………………………………18l 6.3.5超晶格与量子阱的主要应用…………………………………181 6.4半导体帔子线……… 6.4.1半导体量f线的制备……… ………………………183 6.4.2纳米线的主要性能……………… 6.4.3半导体量子线材料与应用 6.5量子点…………… …………………………189 6.5.1量f点的制备 卓看丶身斯号学甲中丰看 6.5.2量子点的主要性质……………………… …………………………193 6.5.3半导体了点的主要应用 6.6准…-维纳米材料…………… 6.6.1碳纳米管 ……………197 6.6.2碳纳米管的性能 ∵…199 6.6.3碳纳米管的应用 …200 6.6.4非碳纳米管准一维材料… 6.6.5准一维纳米氧化锌 主要参考文献 ………………206 第7章纳米光电材料…… ……………………208 7.】纳米发光材料………………… 7.1.1纳米发光材料的光学性质………… 非p,中 7.1,2纳米半导体发光材料………………… 7.3纳米复合发光材料…………………………………………213 7.1.4纳米稀土发光材料…………………………"… 21