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第一章　绪论 1

1.1 纳米科学技术的诞生及其潜在影响 1

1.1.1 纳米科学技术的起源和发展 1

1.1.2 纳米科学技术对人类的潜在影响 3

1.2 从微电子学到纳米电子学 5

1.2.1 微电子器件发展的摩尔定律 5

1.2.2 纳米电子学的诞生 7

1.2.3 纳米电子学的研究基础 9

1.3 纳米电子材料和器件 12

1.3.1 纳米电子材料及其应用 12

1.3.2 电子器件的发展 13

1.3.3 纳米电子器件及其研究内容 18

1.4 纳米尺度材料和器件的制备、测量及其表征 19

1.4.1 电子材料和器件发展过程中的相互作用 19

1.4.2 电子薄膜材料及其多层化薄膜器件是目前研究的主流 20

1.4.3 纳米测量和表征及其基本特点 21

参考文献 23

小结 23

第二章　纳米材料及其电子学性质 25

2.1 纳米电子材料 25

2.1.1 分类和特征 25

2.1.2 制备方法简介 28

2.2 纳米结构及其组装技术 31

2.2.1 纳米结构及其特征 31

2.2.2 纳米结构的组装技术 32

2.3.1 晶体的电子能带结构 34

2.3 固体电子学基础 34

2.3.2 费米分布函数 36

2.3.3 金属和半导体中的电子分布 37

2.4 低维纳米材料的电子结构 39

2.4.1 低维半导体的电子结构 40

2.4.2 碳纳米管及其电子学性质 43

2.5 有限高势垒的量子隧穿理论 46

2.5.1 一维对称方势垒的隧穿理论 47

2.5.2 半导体超晶格及其微带输运 50

小结 52

参考文献 53

第三章　纳米硅基CMOS器件 55

3.1 硅基MOS集成电路技术步入纳米尺度 55

3.1.1 国际MOS集成电路技术产业发展史 55

3.1.2 国际纳米尺度CMOS器件的研究现状 57

3.2 纳米CMOS器件面临的挑战 58

3.2.1 CMOS技术面临的挑战 58

3.2.2 纳米CMOS器件新物理效应 61

3.3 纳米体硅CMOS器件结构 64

3.3.1 按比例缩小限制 64

3.3.2 纳米CMOS器件中的栅结构 66

3.3.3 纳米CMOS器件中沟道结构 67

3.3.4 纳米CMOS器件中源漏浅结结构——超浅结和相关离子掺杂新技术 69

3.4 纳米体硅CMOS器件工艺 71

3.4.1 纳米体硅器件的图形制备技术 71

3.4.2 超细栅线条和超浅pn结的制作 72

3.5.1 薄栅氧化层的量子隧穿效应 74

3.5 纳米体硅CMOS器件的量子效应 74

3.5.2 沟道反型层量子化效应 75

3.5.3 沟道杂质随机分布 76

3.6 新型CMOS器件及其集成技术 77

3.6.1 SOI MOSFET 78

3.6.2 双栅MOSFET 79

小结 81

参考文献 81

4.1 固体电子学在纳米尺度的发展空间 83

第四章　纳米电子学基础 83

4.2 小尺度晶体中电子的输运性质 84

4.2.1 电子运动的几个基本物理特征长度 84

4.2.2 晶体中电子输运性质 85

4.3 纳米结构的基本物理现象及其规律 86

4.3.1 纳米结构中载流子输运的几个基本物理现象 86

4.3.2 量子导线的理想弹道输运和电导量子 88

4.3.3 库仑阻塞和单电子隧穿 91

4.4 纳米结构的Landauer-Buttiker输运理论 96

4.4.1 纳米结构的二端单通道模式的Landauer电导公式 96

4.4.2 纳米结构的二端多通道模式的Buttiker电导公式 99

小结 100

参考文献 101

第五章　固态纳米电子器件 102

5.1 量子电子器件的基本类型及其特征 102

5.2 共振隧穿器件 103

5.2.1 双势垒结构及其共振隧穿效应 103

5.2.2 共振隧穿器件的工作机理 105

5.2.3 RTD的应用 107

5.3 单电子器件 108

5.3.1 单电子盒——最简单的单电子器件 109

5.3.2 单电子晶体管 111

5.4 碳纳米管互连及其场效应晶体管 115

5.4.1 碳纳米管输运性质及其互连 115

5.4.2 碳纳米管场效应晶体管 116

5.4.3 碳纳米管在未来纳米电子学中的发展前景 119

参考文献 120

小结 120

第六章　纳米光电子材料和器件 123

6.1 固体光电子学的发展历史 123

6.1.1 固体光电子学的发展 123

6.1.2 纳米光电子器件的起源和研究现状 124

6.2 低维半导体的光学性质 125

6.2.1 半导体中的激子理论 126

6.2.2 低维半导体中的带间跃迁及其激子效应 128

6.2.3 半导体量子阱中同一带内子带间光跃迁 130

6.3 半导体发光二极管 133

6.3.1 发光二极管简介 133

6.3.2 白光二极管和未来照明工程 135

6.3.3 InGaN/GaN量子阱高亮度发光二极管 135

6.4 异质结半导体激光器 136

6.4.1 双异质结激光器 137

6.4.2 量子阱／超晶格异质结激光器 141

6.4.3 量子点半导体异质结激光器 143

6.4.4 单量子线半导体异质结激光器 144

6.5.1 量子光电探测原理和应用 145

6.5 半导体光电／光热探测器 145

6.5.2 光热探测机理及应用 150

6.5.3 纳米传感器、执行器及其智能微系统MEMS和NEMS 151

6.6 光子晶体及其应用 153

6.6.1 光子晶体基本理论和基本特性 153

6.6.2 光子晶体的制备和应用研究 156

小结 158

参考文献 158

7.1 纳米表征技术 161

第七章　纳米表征和纳米制造技术 161

7.1.1 X射线衍射方法 162

7.1.2 电子束分析方法 163

7.1.3 表面分析技术 165

7.1.4 扫描探针技术 167

7.2 纳米制造技术 171

7.2.1 纳米制造技术的两个基本途径及其综合 171

7.2.2 薄膜沉积技术及其应用 174

7.2.3 纳米结构的图形转移技术 180

7.2.4 纳米结构的自组装技术 187

小结 194

参考文献 194

第八章　碳纳米管场致发射显示器 197

8.1 场致发射现象及其基本规律 197

8.1.1 真空微／纳电子学和场致电子发射现象 197

8.1.2 场致电子发射的Fowler-Nordheim理论 198

8.1.3 场致发射冷阴极的应用研究 200

8.2.1 单根碳纳米管及其阵列的场致发射性质 202

8.2 碳纳米管阴极的场致发射性质 202

8.2.2 直接生长碳纳米管膜阴极的场致发射性质 204

8.2.3 印制型碳纳米管膜阴极的场致发射性质研究 207

8.3 碳纳米管平板显示器 209

8.3.1 场致发射平板显示器的显示原理和研究现状 209

8.3.2 CNTFEA制备技术 213

8.3.3 三极结构CNT-FED阴极的制备技术 222

8.3.4 CNT-FED的发展前景 224

小结 226

参考文献 226