納米電子／光電子器件概述
發(fā)布時間:2008/6/5 0:00:00 訪問次數(shù):460
程開富 |
(中國電子科技集團(tuán)公司第44研究所，重慶 40060) |
| 摘要：本文主要概述了納米電子／光電子器件的分類，并提出發(fā)展納米電子／光電子器件的幾點建議。 關(guān)鍵詞：納米電子學(xué)；納米電子器件；納米光電子器件 中圖分類號：tnl5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 1引言
納米技術(shù)是一門在0.1~100μm尺度空間內(nèi)，對電子、原子和分子的運(yùn)動規(guī)律和特性進(jìn)行研究并加以應(yīng)用的高科技學(xué)科，它的目標(biāo)是用單原子、分子制造具有特定功能的產(chǎn)品。國內(nèi)外科技界已普遍認(rèn)為納米技術(shù)已成為當(dāng)今研究領(lǐng)域中最富有活力、對未來經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展有著十分重要的研究對象。納米科技正在推動人類社會產(chǎn)生巨大的變革，它不僅將促使人類認(rèn)識的革命，而且將引發(fā)一場新的工業(yè)革命。
納米技術(shù)是20世紀(jì)末期崛起的嶄新科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，是一個全新的高科技學(xué)科群，它包括納米電子學(xué)、納米光電子學(xué)、納米光子學(xué)、納米物理學(xué)、納米光學(xué)、納米材料學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米生物學(xué)、納米測量學(xué)、納米工藝學(xué)、納米醫(yī)學(xué)、納米顯微學(xué)、納米信息技術(shù)、納米環(huán)境工程和納米制造等。是一門基礎(chǔ)研究與應(yīng)用探索相互融合的新興技術(shù)。
納米電子學(xué)是納米技術(shù)的重要組成部分，是傳統(tǒng)微電子學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果，是納米技術(shù)發(fā)展的主要動力。納米電子學(xué)在傳統(tǒng)的固態(tài)電子學(xué)基礎(chǔ)上，借助最新的物理理論和最先進(jìn)的工藝手段，按照全新的概念來構(gòu)造電子器件與系統(tǒng)。納米電子學(xué)在更深層次上開發(fā)物質(zhì)潛在的信息和結(jié)構(gòu)的能力，使單位體積物質(zhì)儲存和處理信息的功能提高百萬倍以上，實現(xiàn)了信息采集和處理能力的革命性突破。納米電子學(xué)與光電子學(xué)、生物學(xué)、機(jī)械學(xué)等學(xué)科結(jié)合，可以制成納米電子／光電子器件、分子器件、納米電子機(jī)械系統(tǒng)、納米光電子機(jī)械系統(tǒng)、微型機(jī)器人等，將對人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生變革性的影響，納米電子／光電子學(xué)將成為21世紀(jì)信息時代的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)。 2納米器件分類
自從納米技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)被列為21世紀(jì)的四大科學(xué)技術(shù)以來，在國際和國內(nèi)出現(xiàn)了一個納米技術(shù)研究和開發(fā)的熱潮。尤其在國內(nèi)?quot;納米"變成了最熱的名詞之一，變成了人們談?wù)摰臒衢T話題之一。但在納米"熱"潮的同時，也出現(xiàn)了對納米概念的某些誤解和"泛"用納米以及偽納米產(chǎn)品的出現(xiàn)。針對這種情況，白春禮院士及時地提出"全面理解內(nèi)涵促進(jìn)健康發(fā)展"的發(fā)展方針，指出對納米器件，尤其是納米電子器件的認(rèn)識和大力發(fā)展納米電子器件研究是一個非常重要的問題[1]。例如：什么是納米電子器件?什么是納米光電子器件?納米電子／光電子器件如何分類?納米電子／光電子器件在納米技術(shù)中處于什么地位?在納米技術(shù)發(fā)展中應(yīng)該注意哪些問題?等等。有關(guān)納米電子器件的分類方法等問題，在國際上和國內(nèi)學(xué)術(shù)界存在著不同的看法，本文的目的就是試圖回答以上問題，概述納米電子器件和納米光電子器件，使讀者有一個全面正確的認(rèn)識。 納米器件(即納米電子器件[2]，和納米光電子器件[3])可以被認(rèn)為是利用納米級加工和制備技術(shù)，如①外延技術(shù)；金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積(mocvd)技術(shù)、分子束外延(mbe)技術(shù)、原子層外延(aee)、化學(xué)束外延(be)；②光刻技術(shù)：電子束(eb)光刻技術(shù)、納米光刻技術(shù)、電子束刻蝕、聚焦離子束刻蝕等；③微細(xì)加工技術(shù)：掃描控針顯微鏡(spm)的應(yīng)用研究、納米材料制備方法(自組裝生長、分子合成)等設(shè)計制備的具有納米級(1nm~100nmc尺度以及具有一定功能的器件。
基于目前的發(fā)展和對未來的預(yù)測，如果將主要納米電子器件進(jìn)一步分類，納米cmos器件主要有：絕緣層上硅mosfet即(soi-mosfet)、硅-鍺異質(zhì)結(jié)mosfet、低溫mosfet、雙極mosfet、本征硅溝道隧道型mosfet等；量子效應(yīng)器件包括：量子干涉器件、量子點器件和諧振隧道器件，而諧振隧道器件又包括：橫向諧振遂道器件、諧振隧道晶體管(rtt)，諧振隧道場效應(yīng)晶體管(rteet)、雙極量子諧振隧道晶體管(biquartt)、諧振隧道熱電子晶體管(rhet)、縱向諧振隧道器件和隧道勢壘調(diào)制晶體管等；單電子器件主要包括：單電子箱、電容耦合和電阻耦合單電子晶體管、單電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)晶體管、單電子結(jié)陣列、單電子泵浦、單電子陷阱和單電子旋轉(zhuǎn)門第單原子器件和單分子器件包括：單電子開關(guān)、單原子點接觸器件、單分子開關(guān)、分子線、量子效應(yīng)分子電子器件、電化學(xué)分子電子器件等。納米傳感器將包括：量子隧道傳感器和納米生物傳感器；納米集成電路包括納米電子集成電路和納米光電集成電路納米存儲器包括：超高容量納米存儲器、超高密度數(shù)據(jù)存儲器、隧道型靜態(tài)隨機(jī)存儲器、單電子硅基mos存儲器、單電子存儲器、單電子量子存儲器；納米cmos混合電路包括：納米cmos電路和ⅲ-v族化合物半導(dǎo)體共振隧道效應(yīng)電路，納米cmos電路和單電子納米開關(guān)電路，納
程開富 | (中國電子科技集團(tuán)公司第44研究所，重慶 40060) | | 摘要：本文主要概述了納米電子／光電子器件的分類，并提出發(fā)展納米電子／光電子器件的幾點建議。 關(guān)鍵詞：納米電子學(xué)；納米電子器件；納米光電子器件 中圖分類號：tnl5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a 1引言
納米技術(shù)是一門在0.1~100μm尺度空間內(nèi)，對電子、原子和分子的運(yùn)動規(guī)律和特性進(jìn)行研究并加以應(yīng)用的高科技學(xué)科，它的目標(biāo)是用單原子、分子制造具有特定功能的產(chǎn)品。國內(nèi)外科技界已普遍認(rèn)為納米技術(shù)已成為當(dāng)今研究領(lǐng)域中最富有活力、對未來經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展有著十分重要的研究對象。納米科技正在推動人類社會產(chǎn)生巨大的變革，它不僅將促使人類認(rèn)識的革命，而且將引發(fā)一場新的工業(yè)革命。
納米技術(shù)是20世紀(jì)末期崛起的嶄新科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，是一個全新的高科技學(xué)科群，它包括納米電子學(xué)、納米光電子學(xué)、納米光子學(xué)、納米物理學(xué)、納米光學(xué)、納米材料學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米生物學(xué)、納米測量學(xué)、納米工藝學(xué)、納米醫(yī)學(xué)、納米顯微學(xué)、納米信息技術(shù)、納米環(huán)境工程和納米制造等。是一門基礎(chǔ)研究與應(yīng)用探索相互融合的新興技術(shù)。
納米電子學(xué)是納米技術(shù)的重要組成部分，是傳統(tǒng)微電子學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果，是納米技術(shù)發(fā)展的主要動力。納米電子學(xué)在傳統(tǒng)的固態(tài)電子學(xué)基礎(chǔ)上，借助最新的物理理論和最先進(jìn)的工藝手段，按照全新的概念來構(gòu)造電子器件與系統(tǒng)。納米電子學(xué)在更深層次上開發(fā)物質(zhì)潛在的信息和結(jié)構(gòu)的能力，使單位體積物質(zhì)儲存和處理信息的功能提高百萬倍以上，實現(xiàn)了信息采集和處理能力的革命性突破。納米電子學(xué)與光電子學(xué)、生物學(xué)、機(jī)械學(xué)等學(xué)科結(jié)合，可以制成納米電子／光電子器件、分子器件、納米電子機(jī)械系統(tǒng)、納米光電子機(jī)械系統(tǒng)、微型機(jī)器人等，將對人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生變革性的影響，納米電子／光電子學(xué)將成為21世紀(jì)信息時代的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)。 2納米器件分類
自從納米技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)被列為21世紀(jì)的四大科學(xué)技術(shù)以來，在國際和國內(nèi)出現(xiàn)了一個納米技術(shù)研究和開發(fā)的熱潮。尤其在國內(nèi)?quot;納米"變成了最熱的名詞之一，變成了人們談?wù)摰臒衢T話題之一。但在納米"熱"潮的同時，也出現(xiàn)了對納米概念的某些誤解和"泛"用納米以及偽納米產(chǎn)品的出現(xiàn)。針對這種情況，白春禮院士及時地提出"全面理解內(nèi)涵促進(jìn)健康發(fā)展"的發(fā)展方針，指出對納米器件，尤其是納米電子器件的認(rèn)識和大力發(fā)展納米電子器件研究是一個非常重要的問題[1]。例如：什么是納米電子器件?什么是納米光電子器件?納米電子／光電子器件如何分類?納米電子／光電子器件在納米技術(shù)中處于什么地位?在納米技術(shù)發(fā)展中應(yīng)該注意哪些問題?等等。有關(guān)納米電子器件的分類方法等問題，在國際上和國內(nèi)學(xué)術(shù)界存在著不同的看法，本文的目的就是試圖回答以上問題，概述納米電子器件和納米光電子器件，使讀者有一個全面正確的認(rèn)識。 納米器件(即納米電子器件[2]，和納米光電子器件[3])可以被認(rèn)為是利用納米級加工和制備技術(shù)，如①外延技術(shù)；金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積(mocvd)技術(shù)、分子束外延(mbe)技術(shù)、原子層外延(aee)、化學(xué)束外延(be)；②光刻技術(shù)：電子束(eb)光刻技術(shù)、納米光刻技術(shù)、電子束刻蝕、聚焦離子束刻蝕等；③微細(xì)加工技術(shù)：掃描控針顯微鏡(spm)的應(yīng)用研究、納米材料制備方法(自組裝生長、分子合成)等設(shè)計制備的具有納米級(1nm~100nmc尺度以及具有一定功能的器件。
基于目前的發(fā)展和對未來的預(yù)測，如果將主要納米電子器件進(jìn)一步分類，納米cmos器件主要有：絕緣層上硅mosfet即(soi-mosfet)、硅-鍺異質(zhì)結(jié)mosfet、低溫mosfet、雙極mosfet、本征硅溝道隧道型mosfet等；量子效應(yīng)器件包括：量子干涉器件、量子點器件和諧振隧道器件，而諧振隧道器件又包括：橫向諧振遂道器件、諧振隧道晶體管(rtt)，諧振隧道場效應(yīng)晶體管(rteet)、雙極量子諧振隧道晶體管(biquartt)、諧振隧道熱電子晶體管(rhet)、縱向諧振隧道器件和隧道勢壘調(diào)制晶體管等；單電子器件主要包括：單電子箱、電容耦合和電阻耦合單電子晶體管、單電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)晶體管、單電子結(jié)陣列、單電子泵浦、單電子陷阱和單電子旋轉(zhuǎn)門第單原子器件和單分子器件包括：單電子開關(guān)、單原子點接觸器件、單分子開關(guān)、分子線、量子效應(yīng)分子電子器件、電化學(xué)分子電子器件等。納米傳感器將包括：量子隧道傳感器和納米生物傳感器；納米集成電路包括納米電子集成電路和納米光電集成電路納米存儲器包括：超高容量納米存儲器、超高密度數(shù)據(jù)存儲器、隧道型靜態(tài)隨機(jī)存儲器、單電子硅基mos存儲器、單電子存儲器、單電子量子存儲器；納米cmos混合電路包括：納米cmos電路和ⅲ-v族化合物半導(dǎo)體共振隧道效應(yīng)電路，納米cmos電路和單電子納米開關(guān)電路，納
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