納米技術(shù)手冊

第1篇 制作1
導(dǎo)論 超微細加工的歷史3
第1章 納米技術(shù)基礎(chǔ)16
1.1從上至下和從下至上的納米加工工藝（1）16
1.2從上至下和從下至上的納米加工工藝(2)22
1.3微米和納米尺度下的化學(xué)28
1.4生物科學(xué)和生物技術(shù)31
參考文獻36
第2章 納米尺度物理學(xué)38
2.1納米尺度結(jié)構(gòu)的物理學(xué)（1）38
2.2納米尺度結(jié)構(gòu)的物理學(xué)（2）47
2.3納米尺度結(jié)構(gòu)的物理學(xué)（3）54
參考文獻59
第3章 納米結(jié)構(gòu)的制造及其特性61
3.1零維納米結(jié)構(gòu)61
3.1.1富勒烯61
3.1.2超微粒子65
3.1.3納米團簇67
3.1.4量子點（SK晶體生長法，抗表面活性劑法）70
3.2一維納米結(jié)構(gòu)74
3.2.1納米碳管（納米碳管和石墨納米纖維）74
3.2.2金屬納米導(dǎo)線、納米管和原子鏈78
3.2.3半導(dǎo)體量子細線83
3.2.4分子導(dǎo)線87
3.3二維納米結(jié)構(gòu)91
3.3.1量子阱和超晶格91
3.3.2磁性超薄膜98
3.3.3自發(fā)組織膜和電極102
3.4三維納米結(jié)構(gòu)107
3.4.1納米金屬107
3.4.2納米陶瓷113
3.4.3多孔硅118
3.4.4沸石122
3.4.5納米高分子127
3.4.6納米玻璃132
3.4.7利用納米物質(zhì)制造三維納米結(jié)構(gòu)136
3.4.8超分子141
3.4.9樹枝狀高分子144
參考文獻150目錄目錄
第4章 原子尺度結(jié)構(gòu)的研制161
4.1原子或分子布線161
4.2原子開關(guān)165
4.3分子開關(guān)168
4.4有機晶體管172
4.5實現(xiàn)對表面原子階梯的控制176
4.6原子層次的平滑面180
4.7超平坦面的機械加工189
參考文獻193
第5章 納米結(jié)構(gòu)的制作技術(shù)198
5.1能量束應(yīng)用技術(shù)198
5.1.1電子束納米制版技術(shù)198
5.1.2聚焦離子束立體納米結(jié)構(gòu)的制作202
5.1.3光子束納米制版技術(shù)207
5.2通向MEMS和NEMS212
5.3LIGA加工216
5.4納米蝕刻加工技術(shù)222
5.5局部淀積法228
5.6選擇生長法233
5.7飛秒激光加工237
5.7.1雙光子光聚合加工237
5.7.2多光子玻璃加工240
5.7.3細胞的多光子納米刺激和加工244
5.7.4紫外線加工247
參考文獻251
第6章 納米結(jié)構(gòu)的大量合成256
6.1富勒烯256
6.2納米碳管260
6.3納米粒子265
參考文獻269
第7章 納米圖形的原子光學(xué)制作271
7.1原子光學(xué)和圖形制作271
7.2圖形的近場原子光學(xué)制作274
7.3利用原子光學(xué)制作金屬圖形278
參考文獻283
第8章 硅納米加工技術(shù)285
8.1表面處理技術(shù)285
8.2納米轉(zhuǎn)印技術(shù)291
8.3蝕刻技術(shù)295
8.4摻雜方法298
8.5薄膜淀積技術(shù)302
參考文獻308
第2篇 觀測311
導(dǎo)論 掃描隧道顯微鏡發(fā)明以后313
第1章 掃描隧道顯微鏡(STM)318
1.1概述318
1.2掃描電容顯微鏡(SCM)322
1.3原子力顯微鏡(AFM)326
1.4磁力顯微鏡333
1.5自旋極化掃描探針顯微鏡337
1.6新探針341
參考文獻344
第2章 用近場光觀測347
2.1概述347
2.2光纖探針352
2.3散射型探針356
2.4其他探針361
2.5近場顯微鏡的應(yīng)用(納米碳管、DNA堿基)364
參考文獻368
第3章 用短脈沖納米光觀測371
3.1二次諧波顯微鏡371
3.2雙光子顯微鏡373
3.3和頻產(chǎn)生(SFG)檢測376
3.4CARS顯微鏡382
參考文獻385
第4章 用X射線觀測388
4.1X射線顯微鏡388
4.2光電子能譜391
4.3X射線衍射分析396
4.4X射線吸收光譜399
參考文獻405
第5章 用電子、離子觀測407
5.1掃描電子顯微鏡407
5.2全息照相電子顯微鏡410
5.3超高分辨電子顯微鏡413
5.4透射電子顯微鏡418
5.5低速電子顯微鏡422
5.6俄歇電子能譜425
5.7電子衍射法429
5.8二次離子質(zhì)譜儀433
5.9中子衍射437
參考文獻441
第3篇 在IT領(lǐng)域中的應(yīng)用447
導(dǎo)論 納米技術(shù)與IT的關(guān)系449
第1章 電子器件452
1.1硅器件452
1.1.1微細MOS器件452
1.1.2新結(jié)構(gòu)MOS器件455
1.1.3MRAM458
1.1.4新型浮置柵存儲器462
1.1.5FeRAM（鐵電體隨機存儲器）466
1.1.6硅單電子器件471
1.2硅材料，LSI材料475
1.2.1硅晶體475
1.2.2高k柵絕緣膜材料、電容器材料483
1.2.3ULSI多層布線材料486
1.3化合物半導(dǎo)體電子器件491
1.3.1HEMT（高電子遷移率晶體管）491
1.3.2量子波干涉器件495
1.3.3隧道效應(yīng)器件499
1.3.4量子尺寸效應(yīng)器件502
參考文獻504
第2章 光子器件511
2.1光子晶體511
2.1.1光子晶體概論511
2.1.2半導(dǎo)體光子晶體514
2.1.3二維硅光子晶體521
2.1.4干涉法形成光子晶體524
2.1.5光子晶體——微粒子集成法527
2.2發(fā)光元件（激光器）531
2.2.1微小球激光器531
2.2.2空腔諧振腔結(jié)構(gòu)光源534
2.2.3量子阱激光器538
2.2.4量子點激光器542
2.3光功能元件545
2.3.1準相位匹配非線性光學(xué)元件545
2.3.2光纖光柵549
2.3.3亞波長光學(xué)元件552
2.3.4光放大元件，波長轉(zhuǎn)換元件555
參考文獻562
第3章 信息存儲569
3.1納米磁存儲器569
3.1.1磁介質(zhì)569
3.1.2磁頭及機構(gòu)571
3.2納米光存儲器575
3.2.1納米光介質(zhì)575
3.2.2應(yīng)用近場光的存儲器579
3.2.3雙光子光異性化存儲器581
3.3掃描探針存儲器584
參考文獻588
第4章 顯示器592
4.1納米碳管顯示器592
4.2有機EL顯示器595
4.3等離子體顯示器面板600
4.4LCD606
參考文獻612
第5章 未來器件615
5.1量子通信、量子密碼615
5.2量子計算元件618
5.3SFQ元件622
5.4納米碳管元件624
5.5分子器件630
5.6超高靈敏度五感傳感器633
5.7DNA分子計算機636
5.8利用新碳材料的燃料電池638
參考文獻641
第4篇 在生物學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用645
導(dǎo)論 在生物學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域中的納米技術(shù)應(yīng)用647
第1章 利用納米、微米技術(shù)進行生物分子調(diào)控(從上至下)649
1.1納米技術(shù)同MEMS的交匯與融合649
1.2生物分子操作655
1.3使用硅樹脂的微裝置659
1.4納米聚合物流體控制器件與系統(tǒng)662
參考文獻666
第2章 運用分子納米技術(shù)構(gòu)建生物分子(從下至上)668
2.1構(gòu)建人造DNA668
2.2人工蛋白質(zhì)的設(shè)計與合成671
2.3人造細胞體系的構(gòu)建675
2.4脂類納米管的構(gòu)建679
參考文獻683
第3章 在微空間內(nèi)進行化學(xué)分析686
3.1微分析芯片686
3.2納米及微米技術(shù)與分析測量技術(shù)691
3.3納米及微米技術(shù)與生物傳感器694
參考文獻702
第4章 在微化學(xué)空間內(nèi)進行化學(xué)合成704
4.1微空間的化學(xué)704
4.2微化學(xué)合成系統(tǒng)707
4.3微型生物反應(yīng)器712
4.4微芯片技術(shù)與細胞生物化學(xué)實驗714
4.5微型化學(xué)工廠718
參考文獻722
第5章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析725
5.1蛋白質(zhì)的柔性結(jié)構(gòu)725
5.2蛋白的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性質(zhì)729
5.3蛋白質(zhì)的動態(tài)結(jié)構(gòu)735
5.4蛋白質(zhì)的相互作用與其功能的關(guān)系739
參考文獻743
第6章 分子馬達的功能檢測745
6.1線性馬達的檢測745
6.2旋轉(zhuǎn)馬達的檢測749
6.3DNA馬達的檢測752
參考文獻756
第7章 生物系統(tǒng)的檢測758
7.1從分子到系統(tǒng)758
7.2二維系統(tǒng)、生物膜762
7.3單分子與細胞766
7.4微空間內(nèi)的系統(tǒng)771
參考文獻776
第8章 破解遺傳信息778
8.1納米芯片技術(shù)在基因組研究中的應(yīng)用778
8.2在DNA芯片方面的應(yīng)用781
8.3NDA分子測序787
8.4納米、微芯片技術(shù)與后基因組學(xué)791
參考文獻794
第9章 納米技術(shù)在生物技術(shù)、醫(yī)療方面的應(yīng)用796
9.1納米磁性微粒在生物技術(shù)中的應(yīng)用796
9.2納米機器在醫(yī)療方面的應(yīng)用799
9.3納米技術(shù)在組織工程方面的應(yīng)用802
9.4納米加工與生物技術(shù)807
9.5人造視網(wǎng)膜811
9.6藥物運輸817
參考文獻822
索引825
第1章 納米技術(shù)基礎(chǔ)1
1.1從上至下和從下到上的納米加工工藝(1)2
1.2從上至下和從下至上的納米加工工藝(2)6
1.3微米和納米尺度下的化學(xué)6
1.4生物科學(xué)和生物技術(shù)12
參考文獻6
第2章 納米尺度物理學(xué)1
2.1納米尺度結(jié)構(gòu)的物理學(xué)(1)2
2.2納米尺度結(jié)構(gòu)的物理學(xué)(2)6
2.3納米尺度結(jié)構(gòu)的物理學(xué)(3)6
參考文獻12
第3章 納米結(jié)構(gòu)的制造及其特性1
3.1零維納米結(jié)構(gòu)2
3.1.1富勒烯（Fullerene）16
3.1.2超微粒子16
3.1.3納米團簇16
3.1.4量子點(SK晶體生長法，抗表面活性劑法)16
3.2一維納米結(jié)構(gòu)6
3.2.1納米碳管（納米碳管和石墨納米纖維）16
3.2.2金屬納米導(dǎo)線、納米管和原子鏈16
3.2.3半導(dǎo)體量子細線16
3.2.4分子導(dǎo)線16
3.3二維納米結(jié)構(gòu)6
3.3.1量子阱和超晶格16
3.3.2磁性超薄膜16
3.3.3自發(fā)組織膜和電極16
3.4三維納米結(jié)構(gòu)6
3.4.1富勒烯（Fullerene）16
3.4.2超微粒子16
3.4.3納米團簇16
3.4.4量子點(SK晶體生長法，抗表面活性劑法)16
3.4.5量子阱和超晶格16
3.4.6磁性超薄膜16
3.4.7自發(fā)組織膜和電極16
3.4.8量子阱和超晶格16
3.4.9磁性超薄膜16
參考文獻12
第4章 原子尺度結(jié)構(gòu)的研制1
4.1原子或分子布線2
4.2原子開關(guān)6
4.3分子開關(guān)6
4.4有機晶體管6
4.5實現(xiàn)對表面原子階梯的控制6
4.6原子層次的平滑面6
4.7超平坦面的機械加工6
參考文獻12
第2篇 基礎(chǔ)1
第1章 納米技術(shù)基礎(chǔ)1
1.1從上至下和從下到上的納米加工工藝(1)2
1.2從上至下和從下至上的納米加工工藝(2)6
1.3微米和納米尺度下的化學(xué)6
1.4生物科學(xué)和生物技術(shù)12
參考文獻6
第3章 三維圖形69
3.1定義三維物體70
1.定義三維物體的坐標系70
2.定義三維圖元70
3.定義場景圖74
◇本節(jié)的程序集78
3.2將三維物體投影到二維窗口上85
1.1點透視投影的原理85
2.平行投影的原理87
3.實裝Camera類88
4.三維直線的透視投影描畫Applet88
◇本節(jié)的程序集90
3.3透視100
3.4準備透視的環(huán)境101
1.光源的設(shè)定101
2.定義材質(zhì)數(shù)據(jù)103
◇本節(jié)的程序集108
3.5光線跟蹤115
1.擴展0b jectNode類設(shè)定材質(zhì)115
2.光線跟蹤的原理116
3.安裝Ray類119
4.反射光線和透視光線的原理119
5.制作光線跟蹤的Applet120
◇本節(jié)的程序集121
3.6紋理的轉(zhuǎn)換132
1.圖形紋理繪制的原理133
2.制作texture類133
3.在三角形IndexFaceSet中追加紋理坐標以及和計算
光線的交點的方法134
4.追加可以進行球體的紋理繪制的方法135
5.紋理繪制的Applet137
◇本節(jié)的程序集138
第4章 二維和三維圖形的應(yīng)用例子151
4.1二維動畫152
1.二維動畫的分類153
2.用Java（AWT）制作精靈動畫153
4.2制作三維動畫156
1.三維動畫的動作的生成方法的分類156
2.制作程序的動作數(shù)據(jù)156
3.制作“蝴蝶”的場景圖動畫157
◇本節(jié)的程序集161附錄179
附錄1 取得Java的開發(fā)工具包的方法180
附錄2 Java用語集181
附錄3 CG用語集185
附錄4 向量和矩陣191
附錄