纳米科学与技术 微纳加工及在纳米材料与器件研究中的作用PDF电子书下载

第1章 光学曝光 1

1.1 光学曝光系统的基本组成 1

1.2 光学曝光的基本原理与特征 3

1.2.1 光学曝光的基本模式与原理 3

1.2.2 光学曝光的过程 6

1.2.3 分辨率增强技术 17

1.3 短波长光学曝光技术 20

1.3.1 深紫外与真空紫外曝光技术 21

1.3.2 极紫外曝光技术 21

1.3.3 X射线曝光技术 22

1.3.4 LIGA加工技术 22

1.4 光学曝光加工纳米结构 23

1.4.1 泊松亮斑纳米曝光技术 23

1.4.2 表面等离激元纳米曝光技术 27

1.4.3 基于双层图形技术的纳米加工 29

1.5 光学曝光加工三维微纳结构 30

1.5.1 灰度曝光技术 31

1.5.2 基于欠曝光的三维曝光技术 33

1.5.3 基于菲涅耳衍射与邻近效应的三维曝光技术 34

参考文献 35

第2章 电子束曝光技术 38

2.1 电子束曝光系统组成 39

2.1.1 电子枪 40

2.1.2 透镜系统 41

2.1.3 电子束偏转系统 42

2.2 电子束曝光系统的分类 43

2.2.1 扫描模式 43

2.2.2 束形成 44

2.3 电子束抗蚀剂 46

2.3.1 电子束抗蚀剂的性能指标 46

2.3.2 电子束抗蚀剂制作图形工艺 47

2.3.3 常用电子束抗蚀剂及其工艺过程 49

2.3.4 特殊的显影工艺 51

2.3.5 多层抗蚀剂工艺 54

2.3.6 理想抗蚀剂剖面的加工 56

2.4 电子束与固体的相互作用及邻近效应 57

2.4.1 电子束与固体的相互作用 57

2.4.2 邻近效应及校正 59

2.5 充电效应及解决方法 62

2.5.1 引入导电膜 63

2.5.2 变压电子束曝光系统 65

2.5.3 临界能量电子束曝光 65

2.6 三维结构的制备 66

2.6.1 平整衬底上三维结构的加工 66

2.6.2 三维衬底上图形的制备 69

2.7 电子束曝光分辨率 70

2.8 新型的电子束曝光技术 71

2.8.1 投影电子束曝光 72

2.8.2 微光柱阵列电子束曝光 73

2.8.3 反射电子束曝光 73

参考文献 73

第3章 聚焦离子束加工技术 76

3.1 聚焦离子束系统的基本组成 76

3.2 聚焦离子束的基本功能与原理 79

3.2.1 离子束成像 79

3.2.2 离子束刻蚀 80

3.2.3 离子束辅助沉积 84

3.2.4 FIB的传统应用 86

3.3 聚焦离子束的三维纳米加工 88

3.3.1 FIB刻蚀加工三维结构 88

3.3.2 FIB沉积加工三维结构 90

3.3.3 FIB辐照加工三维结构 91

3.4 聚焦离子束技术的发展 92

参考文献 95

第4章 激光加工技术 97

4.1 飞秒激光三维加工的基本原理 98

4.2 飞秒激光三维加工系统的组成与工艺 100

4.2.1 系统的组成 100

4.2.2 工艺过程 101

4.3 三维微纳米结构的制备 103

4.3.1 镂空衬底上三维微纳米结构的加工 103

4.3.2 光子晶体及纳米复合结构的加工 106

4.3.3 新型光学微纳结构的加工 107

4.3.4 生物结构的加工 108

参考文献 109

第5章 纳米压印技术 111

5.1 纳米压印的基本原理 111

5.2 纳米压印的基本工艺过程 113

5.2.1 模板的制备和表面处理 113

5.2.2 压印胶的种类和涂胶方式 115

5.2.3 压印及脱模 116

5.2.4 图形转移 117

5.3 纳米压印的分类 117

5.3.1 热压印 117

5.3.2 紫外固化压印 119

5.3.3 步进－闪光压印 119

5.3.4 基于模板保护的纳米压印 120

5.3.5 激光辅助直接压印 123

5.3.6 紫外压印和光刻联合技术 124

5.3.7 其他压印技术 125

5.4 金属纳米锥的压印加工 127

5.4.1 模板制备 127

5.4.2 压印 128

5.4.3 脱模 128

5.4.4 金属蒸镀 128

5.4.5 金属纳米锥的剥离翻转 128

参考文献 130

第6章 刻蚀技术 131

6.1 刻蚀的基本概念 132

6.2 湿法腐蚀技术 133

6.3 干法刻蚀技术 136

6.3.1 离子束刻蚀 136

6.3.2 反应离子刻蚀 139

6.3.3 电感耦合等离子体反应离子刻蚀 143

6.3.4 其他干法刻蚀 155

6.4 无掩模刻蚀技术 158

6.4.1 硅锥结构的无掩模刻蚀 158

6.4.2 金刚石锥的无掩模刻蚀 161

参考文献 165

第7章 薄膜技术 167

7.1 薄膜沉积方法 168

7.1.1 薄膜生长的基本原理 168

7.1.2 影响薄膜生长的主要因素 173

7.1.3 薄膜的表征方法 175

7.1.4 物理气相沉积方法 176

7.1.5 化学气相沉积方法 186

7.1.6 原子层沉积方法 188

7.2 纳米薄膜的表面剥离制备方法 192

7.2.1 化学或机械剥离方法 193

7.2.2 各向异性刻蚀剥离法 194

7.2.3 外延剥离法 195

7.2.4 SOI释放法 195

7.3 超光滑金属薄膜的制备 197

7.3.1 化学修饰法 198

7.3.2 过渡层诱导法 198

7.3.3 模板剥离翻转法 200

7.3.4 模板压致形变法 201

7.4 薄膜沉积技术制备微纳结构的方法 202

7.4.1 常规加工法 203

7.4.2 辅助加工法 205

7.4.3 特殊加工法 210

参考文献 215

第8章 自组装加工 217

8.1 自组装的分类与特点 218

8.1.1 自组装的分类 218

8.1.2 自组装的特点 219

8.2 自组装的驱动力 219

8.2.1 范德瓦耳斯力 220

8.2.2 静电相互作用 221

8.2.3 疏水作用力 221

8.2.4 溶剂化作用力 222

8.2.5 氢键 224

8.2.6 π-π堆积作用 224

8.3 分子自组装单层膜 226

8.3.1 硫醇自组装单层膜 227

8.3.2 有机硅烷自组装单层膜 229

8.3.3 自组装单层膜的图案化 231

8.3.4 自组装单层膜在微纳加工中的应用 233

8.4 嵌段共聚物自组装 234

8.4.1 嵌段共聚物 235

8.4.2 基于嵌段共聚物的纳米结构加工 237

8.5 有机半导体纳米材料的自组装 242

8.5.1 导电聚合物自组装 243

8.5.2 小分子有机半导体自组装 245

8.6 纳米颗粒自组装 248

参考文献 252

第9章 微纳加工在电学领域的应用 254

9.1 测量电极 255

9.1.1 电极的设计 256

9.1.2 电极材料的选取 256

9.1.3 电极的加工 258

9.2 量子特性与器件 263

9.3 电导特性与器件 265

9.3.1 碳基纳米材料与器件 265

9.3.2 无机半导体纳米材料与器件 266

9.3.3 有机纳米材料与器件 267

9.4 场发射特性与器件 268

9.4.1 场致电子发射基础 268

9.4.2 宽带隙纳米材料的场发射 271

9.5 超导电性与器件 273

9.5.1 约瑟夫森结 273

9.5.2 一维超导结构 274

9.6 传感器与能源器件 274

9.7 纳米电路 276

参考文献 279

第10章 微纳加工在光学领域的应用 282

10.1 表面等离激元 282

10.1.1 表面等离激元的激发与传播 282

10.1.2 表面增强拉曼散射 284

10.1.3 表面等离激元波导 285

10.1.4 表面等离激元光路元件 287

10.1.5 表面等离激元增透 289

10.1.6 表面等离激元的调控 290

10.2 超材料 291

10.2.1 超材料及其原理 291

10.2.2 微波波段超材料 294

10.2.3 太拉赫兹与红外波段超材料 294

10.2.4 近红外与可见光波段超材料 296

10.2.5 组合结构及三维立体超材料 300

10.2.6 主动、手性等特殊超材料 304

10.3 光子晶体 306

10.4 发光器件及其他 308

10.4.1 荧光特性 308

10.4.2 激光器及微纳谐振腔 309

10.4.3 其他光学应用 311

参考文献 313

第11章 微纳加工在磁学领域的应用 317

11.1 磁畴与畴壁 317

11.1.1 单畴特性 317

11.1.2 畴壁动力学 321

11.2 磁存储与磁逻辑电路 327

11.3 其他磁性纳米结构和器件 331

参考文献 334

第12章 微纳加工在其他领域的应用 336

12.1 纳机电系统中的应用 336

12.1.1 碳基纳机电系统 336

12.1.2 半导体基纳机电系统 337

12.2 纳米生物中的应用 339

12.3 热学中的应用 342

12.4 纳米仿生中的应用 344

12.5 扫描探针技术中的应用 346

参考文献 348

索引 350