1樓：匿名使用者
奈米電子學
日期:7/29/2006
奈米技術中最重要的乙個分支領域是奈米電子學技術（nanoelectronics）。 在資訊社會中，電子學的應用顯得越來越重要。資訊的獲取、放大、儲存、處理、傳輸、轉換和顯示，哪一樣都離不開電子學。
電子學技術未來的發展，將以「更小，更快，更冷」為目標。「更小」是進一步提高晶元的整合度，「更快」是實現更高的資訊運算和處理速度，而「更冷」則是進一步降低晶元的功耗。只有在這三方面都得到同步的發展，電子學技術才能取得新的重大突破。
美國國防高等技術研究廳（darp），不久前提出的超電子學（ulbe ebotmlllcs）研發計畫，就是根據「更小，更快，更冷」的發展目標，要求未來的電子器件要比現有的微電子器件的儲存密度高5－100倍，速度快10－100倍，而功耗則要小於現在器件功耗的2倍。最終希望達到「雙十二」，即 1012位的儲存器容量（1 terabit）和每秒1012次的運算器速度（1000億次/s），且廉價而節能。要實現這一目標，電子器件的尺寸將必然進入奈米技術的尺度範圍，即要小於100nm。
這表明，隨著人類對晶元的要求越來越高，在不久的將來，微電子器件必將過渡到奈米電子器件，使其成為21世紀資訊時代的核心。
要實現奈米電子器件及其積體電路，有兩種可能的方式。
一種是將現有的積體電路進一步向微型化延伸，研究開發更小的最小線寬的加工技術來加工尺寸更小的電子器件。這種方法只是尺度上的縮小，電子器件的構造並不發生根本的改變。現行的微電子器件（如場效應電晶體，field-effect transistor,fet）功耗較大，它無法滿足對器件「更冷」的要求。
著名的莫爾定律（moore』s law）預言：「每隔18個月新晶元的電晶體容量要比先前的增加一倍，同時效能也會提公升一倍」，事實已經證明，在過去的30多年裡，莫爾定律準確地代表著晶元技術的發展趨勢。但是，隨著積體電路的整合度越來越高，電晶體的尺寸和積體電路的最小線寬越來越小，莫爾定律受到了極大的挑戰。
因為按照莫爾定律的發展趨勢，10年後的2010年微電子器件的尺寸和積體電路的最小線寬都將小於100nm，而目前的光刻技術能夠加工的最小線寬為130nm，達到現代微電子學光刻加工技術的極限（物理限制）
另一種方式是研製與當代積體電路完全不同的，利用奈米結構的量子效應而構成的全新量子結構體系，它包括新型的量子器件，如單電子電晶體，單電子儲存器，單原子開關等，以及可能用於量子系統的零維的量子點（quantum dot），一維的量子線（quantum wire）和二維量子阱（quantum well）等。
無論採取那一種方式，傳統的微公尺技術都很難再有所作為。掃瞄隧道顯微鏡（stm）的發明給奈米電子學帶來了福音，這裡有必要對其做一簡單的介紹：
1982年，國際商業機器公司（international business machine, ibm）蘇黎世研究所的gerd binnig 和heinrich rohrer及其同事們成功地研製出世界上第一台新型的表面分析儀器，即掃瞄隧道顯微鏡（scanning tunneling microscope stm）。它使人類第一次能夠直接觀察到物質表面上的單個原子及其排列狀態，並能夠研究其相關的物理和化學特性。因此，它對表面物理和化學、材料科學、生命科學以及微電子技術等研究領域有著十分重大的意義和廣闊的應用前景。
stm的發明被國際科學界公認為20世紀80年代世界十大科技成就之一。由於這一成就，binnig和rohrer獲得了1986年諾貝爾物理獎。
由於stm具有極高的空間分辨能力（平行方向的解析度為0.04nm，垂直方向的解析度達到0.01nm），它的出現標誌著奈米技術研究的乙個最重大的轉折，甚至可以說標誌著奈米技術研究的正式起步，因為在此之前人類無法直接觀察表面上的原子和分子結構，使奈米技術的研究無法深入地進行。
stm的基本原理是量子隧道效應。它利用金屬針尖在樣品的表面上進行掃瞄，並根據量子隧道效應來獲得樣品表面的影象。通常掃瞄隧道顯微鏡的針尖與樣品表面的距離非常接近（大約為0．5－1.
0nm），所以它們之間的電子雲互相重疊。當在它們之間施加一偏置電壓vb（vb通常為2mv－2v）時，電子就可以因量子隧道效應由針尖（或樣品）轉移到樣品（或針尖），在針尖與樣品表面之間形成隧道電流。電流i對針尖和樣品表面之間的距離s變化非常敏感。
如果此距離減小僅僅0.1nm，隧道電流i將會增加10倍；反之，如果距離增加0.1nm，隧道電流i就會減少10倍。
stm有兩種工作模式，恆電流模式和恆高度模式。恆電流模式是在stm影象掃瞄時始
終保持隧道電流恆定，它可以利用反饋迴路控制針尖和樣品之間距離的不斷變化來實現。當壓電陶瓷px和py控制針尖在樣品表面上掃瞄時，從反饋迴路中取出針尖在樣品表面掃瞄的過程中它們之間距離變化的資訊（該資訊反映樣品表面的起伏），就可以得到樣品表面的原子影象。由於恆電流模式時，stm的針尖是隨著樣品表面形貌的起伏而上下移動，針尖不會因為表面形貌起伏太大而碰撞到樣品的表面，所以恆電流模式可以用於觀察表面形貌起伏較大的樣品。
恆電流模式是一種最常用的掃瞄模式。
恆高度模式則是始終控制針尖的高度不變，並取出掃瞄過程中針尖和樣品之間電流變化的資訊（該資訊也反映樣品表面的起伏），來繪製樣品表面的原子影象。由於在恆高度模式的掃瞄過程中，針尖的高度恆定不變，當表面形貌起伏較大時，針尖就很容易碰撞到樣品。所以恆高度模式只能用於觀察表面形貌起伏不大的樣品。
近年來，stm不僅使得人們的視野可以直接觀察到物質表面上的原子及其結構並進而分析物質表面的化學和物理性質，它還使得人們可以在奈米尺度上對材料表面進行各種加工處理，甚至可以操縱單個原子。這一特定的應用將會使人類從目前微公尺尺度的加工技術跨入到奈米尺度和原子尺度，成為未來器件加工（奈米電子學）和分子切割（奈米生物學）的乙個重要手段。
stm的針尖不僅可以成像，還可以用於操縱表面上的原子或分子。單原子操縱主要包括三個部分，即單原子的移動，提取和放置。使用stm進行單原子操縱的較為普遍的方法是在stm針尖和樣品表面之間施加一適當幅值和寬度的電壓脈衝，一般為數伏電壓和數十毫秒寬度。
由於針尖和樣品表面之間的距離非常接近，僅為0．3－1.0nm因此在電壓脈衝的作用下，將會在針尖和樣品之間產主乙個強度在 109～1010v／m數量級的強大電場。這樣，表面上的吸附原子將會在強電場的蒸發下被移動或提取，並在表面上留下原子空穴，實現單原子的移動和提取操縱。
同樣，吸附在stm針尖上的原子也有可能在強電場的蒸發下而沉積到樣品的表面上，實現單原子的放置操縱。
1990年，美國ibm公司almaden研究中心eigler研究小組使用工作在超高真空和液氦溫度（4.2k）條件下的stm成功地移動（displace）了吸附在 ni（110）表面上的惰性氣體 xe原子,並用 35個xe原子排列成「ibm」三個字樣，這一研究立刻引起了世界上科學家們的極大興趣並開創了用stm進行單原子操縱的先例。 圖2 是在cu（111）表面上成功地用101個fe原子寫下「原子」二個迄今為止最小的漢字。
1991年日立**研究所hosoki等人曾經在室溫的條件下，應用電壓脈衝方法成功地提取mos2表面上的s原子並用遺留下的原子空穴構成了「peace』91 herl」（其中hcrl為日立**研究所的英文縮寫）的字樣。用這種方法加工的字竟小於1.5nm。
利用單原子放置的乙個典型例項，利用stm的針尖將au原子團源源不斷地放置到au表面上的預定位置，形成乙個直徑僅為1μm的世界地圖，與實際地球相比，其比例約為1：113。
總之，stm的出現為人類認識和改造微觀世界提供了乙個極其重要的新型工具。隨著它的理論和實驗技術的日益完善，它必將在單原子操縱和奈米技術等諸多研究領域中得到越來越廣泛的應用。隨著原子結構加工機理研究的深入，用單個原子來製造電子器件將不再是夢想，人們直接以原子和分子製造具有特定功能的產品的時代也將會到來。
到那時，也許現在的巨型計算機將來有可能做成大頭針那樣大小，即使是美國最新開發成功的峰值速度高達每秒12萬億次超級計算機，也將會小到可以隨手放進口袋裡。
2樓：秒懂大師說
什麼是神奇的奈米材料
奈米材料到底是什麼材料？
3樓：情感南南
奈米材料是指三維空間尺度至少有一維處於奈米量級(1-100nm)的材料，它是由尺寸介於原子、分子和巨集觀體系之間的奈米粒子所組成的新一代材料。
奈米材料的尺寸已經接近電子的相干長度，它的性質因為強相干所帶來的自組織使得性質發生很大變化。並且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應，因此其所表現的特性，例如熔點、磁性、光學、導熱、導電特性等等，往往不同於該物質在整體狀態時所表現的性質。
奈米材料具有一定的獨特性，當物質尺度小到一定程度時，則必須改用量子力學取代傳統力學的觀點來描述它的行為，當粉末粒子尺寸由10微公尺降至10奈米時，其粒徑雖改變為1000倍，但換算成體積時則將有10的9次方倍之巨，所以二者行為上將產生明顯的差異。
奈米技術的廣義範圍可包括奈米材料技術及奈米加工技術、奈米測量技術、奈米應用技術等方面。其中奈米材料技術著重於奈米功能性材料的生產（超微粉、鍍膜、奈米改性材料等），效能檢測技術（化學組成、微結構、表面形態、物、化、電、磁、熱及光學等效能）。
奈米加工技術包含精密加工技術（能量束加工等）及掃瞄探針技術。
4樓：518姚峰峰
一、奈米材料定義：
奈米級結構材料簡稱為奈米材料，是指其結構單元的尺寸介於1奈米～100奈米範圍之間。由於它的尺寸已經接近電子的相干長度，它的性質因為強相干所帶來的自組織使得性質發生很大變化。並且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應，因此其所表現的特性，例如熔點、磁性、光學、導熱、導電特性等等，往往不同於該物質在整體狀態時所表現的性質。
1、奈米材料具有一定的獨特性，當物質尺度小到一定程度時，則必須改用量子力學取代傳統力學的觀點來描述它的行為，當粉末粒子尺寸由10微公尺降至10奈米時，其粒徑雖改變為1000倍，但換算成體積時則將有10的9次方倍之巨，所以二者行為上將產生明顯的差異。
三、奈米材料的基本分類：
奈米材料大致可分為奈米粉末、奈米纖維、奈米膜、奈米塊體等四類。其中奈米粉末開發時間最長、技術最為成熟，是生產其他三類產品的基礎。
1、奈米粉末，又稱為超微粉或超細粉，一般指粒度在100奈米以下的粉末或顆粒，是一種介於原子、分子與巨集觀物體之間處於中間物態的固體顆粒材料。可用於：高密度磁記錄材料；吸波隱身材料；磁流體材料；防輻射材料；單晶矽和精密光學器件拋光材料；微晶元導熱基片與佈線材料；微電子封裝材料；光電子材料；先進的電池電極材料；太陽能電池材料；高效催化劑；高效助燃劑；敏感元件；高韌性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用於陶瓷發動機等）；人體修復材料；抗癌製劑等。
2、奈米纖維，指直徑為奈米尺度而長度較大的線狀材料。可用於：微導線、微光纖（未來量子計算機與光子計算機的重要元件）材料；新型雷射或發光二極體材料等。
靜電紡絲法是目前製備無機物奈米纖維的一種簡單易行的方法。
3、奈米膜，奈米膜分為顆粒膜與緻密膜。顆粒膜是奈米顆粒粘在一起，中間有極為細小的間隙的薄膜。緻密膜指膜層緻密但晶粒尺寸為奈米級的薄膜。
可用於：氣體催化（如汽車尾氣處理）材料；過濾器材料；高密度磁記錄材料；光敏材料；平面顯示器材料；超導材料等。
4、奈米塊體，奈米塊體是將奈米粉末高壓成型或控制金屬液體結晶而得到的奈米晶粒材料。主要用途為：超高強度材料；智慧型金屬材料等。
奈米材料到底是什麼材料，奈米材料是什麼東西
情感南南 奈米材料是指三維空間尺度至少有一維處於奈米量級 1 100nm 的材料，它是由尺寸介於原子 分子和巨集觀體系之間的奈米粒子所組成的新一代材料。奈米材料的尺寸已經接近電子的相干長度，它的性質因為強相干所帶來的自組織使得性質發生很大變化。並且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應，...
奈米微晶材料是什麼，奈米材料有什麼應用
奈米微晶材料是由 至少乙個方向上 尺寸為幾個奈米的結構單元 主要是晶體 所構成的材料。奈米微晶材料由某些特定配方組成的各種矽酸鹽原料 包括礦產原料 礦渣廢渣原料 化工原料 晶核劑 新增劑 澄清劑等等 通過特定的溫度制度或 和 光照 稱光敏 處理受控微晶化而形成的具有特定優異效能的微晶相和殘餘矽酸鹽相...
奈米材料的特性有哪些，奈米材料是指什麼材料
1.奈米材料的優點 除味 殺菌 韌性強 延長老化時間等。2.缺點 一 點缺陷，如空位，溶質原子和雜質原子等，這是一種零維缺陷。二 線缺陷，如位錯，一種一維缺陷，位錯的線長度及位錯運動的平均自由程均小於晶粒的尺寸。三 面缺陷，如孿晶 層錯等，這是一種二維缺陷。奈米晶粒內的位錯具有尺寸效應，當晶粒小於某...
奈米材料的分類有哪些，奈米材料有哪些？
奈米材料大致可分為奈米粉末 奈米纖維 奈米膜 奈米塊體等四類。其中奈米粉末開發時間最長 技術最為成熟，是生產其他三類產品的基礎。奈米材料有哪些？奈米材料大致可分為奈米粉末 奈米纖維 奈米膜 奈米塊體等四類。1 奈米陶瓷 利用奈米技術開發的奈米陶瓷材料是利用奈米粉體對現有陶瓷進行改性，通過往陶瓷中加入...
奈米材料有哪些特點，奈米材料的特點和用途
奈米材料的特點 當粒子的尺寸減小到奈米量級，將導致聲 光 電 磁 熱效能呈現新的特性。比方說 被廣泛研究的ii vi族半導體硫化鎘，其吸收帶邊界和發光光譜的峰的位置會隨著晶粒尺寸減小而顯著藍移。按照這一原理，可以通過控制晶粒尺寸來得到不同能隙的硫化鎘，這將大大豐富材料的研究內容和可望得到新的用途。我...