纳米电子材料与器件 表1.11国际上有关纳米研发投入情况(百万美元 年度 1997 1999 2002 国家 欧洲 H本 120 135 157 215 !6 19 其他家 116 (%of1997) 00% 23% 159% 191 36 1.2基本概念和内涵 纳米科技是研究由尺寸在0.1~100nm之间物质的组成、特性、相互作用、应用及其原 子、分子操纵。因此,纳米科学是研究在上述尺度范畴内原子、分子和其他类型物质运动和 变化的科学,而纳米技术则为在同样尺度内对原子、分子等进行操纵和加工的技术 从上述概念可见,它首先确定了研究对象的特征尺寸为01~100nm,即10-10-~10-m (1m=10-°m,即十亿分之一米,相当于人头发丝直径的万分之 在纳米尺度,存在新的效应,如表面效应、小尺寸效应、宏观量子效应、界面效应、量 子尺寸效应、限域效应等。在这些新效应中,表面效应和量子效应是主要的和普遍的效应。 通过这些效应去理解和解释物质纳米化后出现的新现象,赋予固件物理中能带、费米能级 逸出功等以新的内容 纳米技术的精髓在于分子水平上逐一操纵单个原子,一日人们掌握了控制特征尺寸的方 法,就有能力提高材料和器件的性能,就会超过我们现在所知道的、甚至所想到的。 纳米技术主要分为纳米材料(金属、有机物、无机物的体、粉、膜、管、丝、棒等) 纳米检测、纳米效应,以及纳米器件及应用四部分。它涉及物理、化学、生物、电子、机械 等学科内容,是一门新的交叉综合学科,不是由哪一门学科自动外延或能独立包含的,如纳 米机械和纳米电子结合出现纳米机电学,纳米光学和电子结合出现纳米光电子学,传统的食 物、化学、药物学结合出现纳米生物技术,等等。 1.3纳米技术发展简史 1959年著名的德国物理学家 Richard Feynman(见图].3.1)在美国加州理工学院 (CIT)作了题为“1here’ s Plenty of room at the bottom”报告。预测在纳米尺度范畴还有 很大的研究和应用空间。 1974年 Nanotechnology被 Tokyo大学的 Norio taniguchi(谷口纪男)用来描述超微细 加工,他对微米级的加工和亚微米级的加工进行了区别。 1981年IBM的 Gerd binnig和 Heinrich rohrer(图1.3.2)发明了STM扫描隧道显微