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第1篇 制作 1

目录 1

导论 超微细加工的历史 3

第1章 纳米技术基础 16

1.1 从上至下和从下至上的纳米加工工艺（1） 16

1.2 从上至下和从下至上的纳米加工工艺（2） 22

1.3 微米和纳米尺度下的化学 28

1.4 生物科学和生物技术 31

参考文献 36

第2章 纳米尺度物理学 38

2.1 纳米尺度结构的物理学（1） 38

2.2 纳米尺度结构的物理学（2） 47

2.3 纳米尺度结构的物理学（3） 54

参考文献 59

3.1.1 富勒烯 61

第3章 纳米结构的制造及其特性 61

3.1 零维纳米结构 61

3.1.2 超微粒子 65

3.1.3 纳米团簇 67

3.1.4 量子点（S-K晶体生长法，抗表面活性剂法） 70

3.2 一维纳米结构 74

3.2.1 纳米碳管（纳米碳管和石墨纳米纤维） 74

3.2.2 金属纳米导线、纳米管和原子链 78

3.2.3 半导体量子细线 83

3.2.4 分子导线 87

3.3 二维纳米结构 91

3.3.1 量子阱和超晶格 91

3.3.2 磁性超薄膜 98

3.3.3 自发组织膜和电极 102

3.4.1 纳米金属 107

3.4 三维纳米结构 107

3.4.2 纳米陶瓷 113

3.4.3 多孔硅 118

3.4.4 沸石 122

3.4.5 纳米高分子 127

3.4.6 纳米玻璃 132

3.4.7 利用纳米物质制造三维纳米结构 136

3.4.8 超分子 141

3.4.9 树枝状高分子 144

参考文献 150

第4章 原子尺度结构的研制 161

4.1 原子或分子布线 161

4.2 原子开关 165

4.3 分子开关 168

4.4 有机晶体管 172

4.5 实现对表面原子阶梯的控制 176

4.6 原子层次的平滑面 180

4.7 超平坦面的机械加工 189

参考文献 193

第5章 纳米结构的制作技术 198

5.1 能量束应用技术 198

5.1.1 电子束纳米制版技术 198

5.1.2 聚焦离子束立体纳米结构的制作 202

5.1.3 光子束纳米制版技术 207

5.2 通向MEMS和NEMS 212

5.3 LIGA加工 216

5.4 纳米蚀刻加工技术 222

5.5 局部淀积法 228

5.6 选择生长法 233

5.7.1 双光子光聚合加工 237

5.7 飞秒激光加工 237

5.7.2 多光子玻璃加工 240

5.7.3 细胞的多光子纳米刺激和加工 244

5.7.4 紫外线加工 247

参考文献 251

第6章 纳米结构的大量合成 256

6.1 富勒烯 256

6.2 纳米碳管 260

6.3 纳米粒子 265

参考文献 269

第7章 纳米图形的原子光学制作 271

7.1 原子光学和图形制作 271

7.2 图形的近场原子光学制作 274

7.3 利用原子光学制作金属图形 278

参考文献 283

第8章 硅纳米加工技术 285

8.1 表面处理技术 285

8.2 纳米转印技术 291

8.3 蚀刻技术 295

8.4 掺杂方法 298

8.5 薄膜淀积技术 302

参考文献 308

第2篇 观测 311

导论 扫描隧道显微镜发明以后 313

第1章 扫描隧道显微镜（STM） 318

1.1 概述 318

1.2 扫描电容显微镜（SCM） 322

1.3 原子力显微镜（AFM） 326

1.4 磁力显微镜 333

1.5 自旋极化扫描探针显微镜 337

1.6 新探针 341

参考文献 344

第2章 用近场光观测 347

2.1 概述 347

2.2 光纤探针 352

2.3 散射型探针 356

2.4 其他探针 361

2.5 近场显微镜的应用（纳米碳管、DNA碱基） 364

参考文献 368

第3章 用短脉冲纳米光观测 371

3.1 二次谐波显微镜 371

3.2 双光子显微镜 373

3.3 和频产生（SFG）检测 376

3.4 CARS显微镜 382

参考文献 385

4.1 X射线显微镜 388

第4章 用X射线观测 388

4.2 光电子能谱 391

4.3 X射线衍射分析 396

4.4 X射线吸收光谱 399

参考文献 405

第5章 用电子、离子观测 407

5.1 扫描电子显微镜 407

5.2 全息照相电子显微镜 410

5.3 超高分辨电子显微镜 413

5.4 透射电子显微镜 418

5.5 低速电子显微镜 422

5.6 俄歇电子能谱 425

5.7 电子衍射法 429

5.8 二次离子质谱仪 433

5.9 中子衍射 437

参考文献 441

第3篇 在IT领域中的应用 447

导论 纳米技术与IT的关系 449

第1章 电子器件 452

1.1 硅器件 452

1.1.1 微细MOS器件 452

1.1.2 新结构MOS器件 455

1.1.3 MRAM 458

1.1.4 新型浮置栅存储器 462

1.1.5 FeRAM（铁电体随机存储器） 466

1.1.6 硅单电子器件 471

1.2 硅材料，LSI材料 475

1.2.1 硅晶体 475

1.2.2 高k栅绝缘膜材料、电容器材料 483

1.2.3 ULSI多层布线材料 486

1.3.1 HEMT（高电子迁移率晶体管） 491

1.3 化合物半导体电子器件 491

1.3.2 量子波干涉器件 495

1.3.3 隧道效应器件 499

1.3.4 量子尺寸效应器件 502

参考文献 504

第2章 光子器件 511

2.1 光子晶体 511

2.1.1 光子晶体概论 511

2.1.2 半导体光子晶体 514

2.1.3 二维硅光子晶体 521

2.1.4 干涉法形成光子晶体 524

2.1.5 光子晶体——微粒子集成法 527

2.2 发光元件（激光器） 531

2.2.1 微小球激光器 531

2.2.2 空腔谐振腔结构光源 534

2.2.3 量子阱激光器 538

2.2.4 量子点激光器 542

2.3 光功能元件 545

2.3.1 准相位匹配非线性光学元件 545

2.3.2 光纤光栅 549

2.3.3 亚波长光学元件 552

2.3.4 光放大元件，波长转换元件 555

参考文献 562

第3章 信息存储 569

3.1 纳米磁存储器 569

3.1.1 磁介质 569

3.1.2 磁头及机构 571

3.2 纳米光存储器 575

3.2.1 纳米光介质 575

3.2.2 应用近场光的存储器 579

3.2.3 双光子光异性化存储器 581

3.3 扫描探针存储器 584

参考文献 588

第4章 显示器 592

4.1 纳米碳管显示器 592

4.2 有机EL显示器 595

4.3 等离子体显示器面板 600

4.4 LCD 606

参考文献 612

第5章 未来器件 615

5.1 量子通信、量子密码 615

5.2 量子计算元件 618

5.3 SFQ元件 622

5.4 纳米碳管元件 624

5.5 分子器件 630

5.6 超高灵敏度五感传感器 633

5.7 DNA-分子计算机 636

5.8 利用新碳材料的燃料电池 638

参考文献 641

第4篇 在生物学和化学领域中的应用 645

导论 在生物学和化学领域中的纳米技术应用 647

第1章 利用纳米、微米技术进行生物分子调控（从上至下） 649

1.1 纳米技术同MEMS的交汇与融合 649

1.2 生物分子操作 655

1.3 使用硅树脂的微装置 659

1.4 纳米聚合物流体控制器件与系统 662

参考文献 666

第2章 运用分子纳米技术构建生物分子（从下至上） 668

2.1 构建人造DNA 668

2.2 人工蛋白质的设计与合成 671

2.3 人造细胞体系的构建 675

2.4 脂类纳米管的构建 679

参考文献 683

第3章 在微空间内进行化学分析 686

3.1 微分析芯片 686

3.2 纳米及微米技术与分析测量技术 691

3.3 纳米及微米技术与生物传感器 694

参考文献 702

第4章 在微化学空间内进行化学合成 704

4.1 微空间的化学 704

4.2 微化学合成系统 707

4.3 微型生物反应器 712

4.4 微芯片技术与细胞生物化学实验 714

4.5 微型化学工厂 718

参考文献 722

5.1 蛋白质的柔性结构 725

第5章 蛋白质结构分析 725

5.2 蛋白的结构与力学性质 729

5.3 蛋白质的动态结构 735

5.4 蛋白质的相互作用与其功能的关系 739

参考文献 743

第6章 分子马达的功能检测 745

6.1 线性马达的检测 745

6.2 旋转马达的检测 749

6.3 DNA马达的检测 752

参考文献 756

第7章 生物系统的检测 758

7.1 从分子到系统 758

7.2 二维系统、生物膜 762

7.3 单分子与细胞 766

7.4 微空间内的系统 771

参考文献 776

第8章 破解遗传信息 778

8.1 纳米芯片技术在基因组研究中的应用 778

8.2 在DNA芯片方面的应用 781

8.3 NDA分子测序 787

8.4 纳米、微芯片技术与后基因组学 791

参考文献 794

第9章 纳米技术在生物技术、医疗方面的应用 796

9.1 纳米磁性微粒在生物技术中的应用 796

9.2 纳米机器在医疗方面的应用 799

9.3 纳米技术在组织工程方面的应用 802

9.4 纳米加工与生物技术 807

9.5 人造视网膜 811

9.6 药物运输 817

参考文献 822

索引 825