学士论文-理工科类-纳米科学和技术的二次浪潮

学士论文-理工科类-纳米科学和技术的二次浪潮内容摘要：

度、生长元素的分气压等的变化能够在一定程度上控制点的尺寸和密度，自组装量子点还是典型底表现出在大小、密度及位置上的随机变化，其中仅仅是密度可以粗糙地控制。 自组装 量子点在尺寸上的涨落导致它们的光发射的非均匀展宽，因此减弱了使用零维体系制作器件所期望的优点。 由于量子点尺寸的统计涨落和位置的随机变化，一层含有自组装量子点材料的光致发光谱典型地很宽。 在竖直叠立的多层量子点结构中这种谱展宽效应可以被减弱。 如果隔离层足够薄，竖直叠立的多层量子点可典型地展现出竖直对准排列，这可以有效地改善量子点的均匀性。 然而，当隔离层薄的时候，在一列量子点中存在载流子的耦合，这将失去因使用零维系统而带来的优点。 怎样优化量子点的尺寸和隔离层的厚度以便既能获得好均匀性的量子点又同时保持载流子能够限 制在量子点的个体中对于获得器件的良好性能是至关重要的。 很清楚纳米科学的首次浪潮发生在过去的十年中。 在这段时期，研究者已经证明了纳米结构的许多崭新的性质。 学者们更进一步征明可以用 “build down” 或者 “build up” 方法来进行纳米结构制造。 这些成果向我们展示，如果纳米结构能够大量且廉价地被制造出来，我们必将收获更多的成果。 在未来的十年中，纳米科学和技术的第二次浪潮很可能发生。 在这个新的时期，科学家和工程师需要征明纳米结构的潜能以及期望功能能够得到兑现。 只有获得在 尺寸、成份、位序以及材料纯度上良好可控能力并成功地制造出实用器件才能实现人们对纳米器件所期望的功能。 因此，纳米科学的下次浪潮的关键点是纳米结构的人为可控性。 III. 纳米结构尺寸、成份、位序以及密度的控制 —— 第二次浪潮 为了充分发挥量子点的优势之处，我们必须能够控制量子点的位置、大小、成份已及密度。 其中一个可行的方法是将量子点生长在已经预刻有图形的衬底上。 由于量子点的横向尺寸要处在 1020 纳米范围（或者更小才能避免高激发态子能级效应，如对于 GaN 材料量子点的横向尺寸要 小于 8 纳米）才能实现室温工作的光电子器件，在衬底上刻蚀如此小的图形是一项挑战性的技术难题。 对于单电子晶体管来说，如果它们能在室温下工作，则要求量子点的直径要小至 15 纳米的范围。 这些微小尺度要求已超过了传统光刻所能达到的精度极限。 有几项技术可望用于如此的衬底图形制作。 — 电子束光刻通常可以用来制作特征尺度小至 50 纳米的图形。 如果特殊薄膜能够用作衬底来最小化电子散射问题，那特征尺寸小至 2纳米的图形可以制作出来。 在电子束光刻中的电子散射因为所谓近邻干扰效应（ proximity effect）而严重影响了光刻的极限精度，这个效应造成制备空间上紧邻的纳米结构的困难。 这项技术的主要缺点是相当费时。 例如，刻写一张4 英寸的硅片需要时间 1 小时，这不适宜于大规模工业生产。 电子束投影系统如 SCALPEL （ scattering with angular limitation projection electron lithography）正在发展之中以便使这项技术较适于用于规模生产。 目前，耗时和近邻干扰效应这两个问题还没有得到解决。 — 聚焦离子束光刻是一种机制上 类似于电子束光刻的技术。 但不同于电子束光刻的是这种技术并不受在光刻胶中的离子散射以及从衬底来的离子背散射影响。 它能刻出特征尺寸细到 6 纳米的图形，但它也是一种耗时的技术，而且高能离子束可能造成衬底损伤。 — 扫描微探针术可以用来划刻或者氧化衬底表面，甚至可以用来操纵单个原子和分子。 最常用的方法是基于材料在探针作用下引入的高度局域化增强的氧化机制的。 此项技术已经用来刻划金属（ Ti 和 Cr）、半导体（ Si 和 GaAs）以及绝缘材料（ Si3N4 和 silohexanes），还用在 LB 膜和 自聚集分子单膜上。 此种方法具有可逆和简单易行等优点。 引入的氧化图形依赖于实验条件如扫描速度、样片偏压以及环境湿度等。 空间分辨率受限于针尖尺寸和形状（虽然氧化区域典型地小于针尖尺寸）。 这项技术已用于制造有序的量子点阵列和单电子晶体管。 这项技术的主要缺点是处理速度慢（典型的刻写速度为 1mm/s 量级）。 然而，最近在原子力显微术上的技术进展 — 使用悬臂樑阵列已将扫描速度提高到 4mm/s。 此项技术的显著优点是它的杰出的分辨率和能产生任意几何形状的图形能力。 但是，是否在刻写速度上的改善能使它适用于除制造光刻版和原型器件之 外的其他目的还有待于观察。 直到目前为止，它是一项能操控单个原子和分子的唯一技术。 — 多孔膜作为淀积掩版的技术。 多孔膜能用多种光刻术再加腐蚀来制备，它也可以用简单的阳极氧化方法来制备。 铝膜在酸性腐蚀液中阳极氧化就可以在铝膜上产生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在 5200 nm 范围。 制备多孔膜的其他方法是从纳米沟道玻璃膜复制。 用这项技术已制造出含有细至 40 nm 的空洞的钨、钼、铂以及金膜。 — 倍塞（ diblock）共聚物图形制作术是一种基于不同聚合 物的混合物能够产生可控及可重复的相分离机制的技术。 目前，经过反应离子刻蚀后，在旋转涂敷的倍塞共聚物层中产生的图形已被成功地转移到 Si3N4 膜上，图形中空洞直径 20 nm，空洞之间。