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第一章　绪论1

1.1 纳米科学技术的诞生及其潜在影响1

1.1.1 纳米科学技术的起源和发展1

1.1.2 纳米科学技术对人类的潜在影响3

1.2 从微电子学到纳米电子学5

1.2.1 微电子器件发展的摩尔定律5

1.2.2 纳米电子学的诞生7

1.2.3 纳米电子学的研究基础9

1.3 纳米电子材料和器件12

1.3.1 纳米电子材料及其应用12

1.3.2 电子器件的发展13

1.3.3 纳米电子器件及其研究内容18

1.4 纳米尺度材料和器件的制备、测量及其表征19

1.4.1 电子材料和器件发展过程中的相互作用19

1.4.2 电子薄膜材料及其多层化薄膜器件是目前研究的主流20

1.4.3 纳米测量和表征及其基本特点21

参考文献23

小结23

第二章　纳米材料及其电子学性质25

2.1 纳米电子材料25

2.1.1 分类和特征25

2.1.2 制备方法简介28

2.2 纳米结构及其组装技术31

2.2.1 纳米结构及其特征31

2.2.2 纳米结构的组装技术32

2.3.1 晶体的电子能带结构34

2.3 固体电子学基础34

2.3.2 费米分布函数36

2.3.3 金属和半导体中的电子分布37

2.4 低维纳米材料的电子结构39

2.4.1 低维半导体的电子结构40

2.4.2 碳纳米管及其电子学性质43

2.5 有限高势垒的量子隧穿理论46

2.5.1 一维对称方势垒的隧穿理论47

2.5.2 半导体超晶格及其微带输运50

小结52

参考文献53

第三章　纳米硅基CMOS器件55

3.1 硅基MOS集成电路技术步入纳米尺度55

3.1.1 国际MOS集成电路技术产业发展史55

3.1.2 国际纳米尺度CMOS器件的研究现状57

3.2 纳米CMOS器件面临的挑战58

3.2.1 CMOS技术面临的挑战58

3.2.2 纳米CMOS器件新物理效应61

3.3 纳米体硅CMOS器件结构64

3.3.1 按比例缩小限制64

3.3.2 纳米CMOS器件中的栅结构66

3.3.3 纳米CMOS器件中沟道结构67

3.3.4 纳米CMOS器件中源漏浅结结构——超浅结和相关离子掺杂新技术69

3.4 纳米体硅CMOS器件工艺71

3.4.1 纳米体硅器件的图形制备技术71

3.4.2 超细栅线条和超浅pn结的制作72

3.5.1 薄栅氧化层的量子隧穿效应74

3.5 纳米体硅CMOS器件的量子效应74

3.5.2 沟道反型层量子化效应75

3.5.3 沟道杂质随机分布76

3.6 新型CMOS器件及其集成技术77

3.6.1 SOI MOSFET78

3.6.2 双栅MOSFET79

小结81

参考文献81

4.1 固体电子学在纳米尺度的发展空间83

第四章　纳米电子学基础83

4.2 小尺度晶体中电子的输运性质84

4.2.1 电子运动的几个基本物理特征长度84

4.2.2 晶体中电子输运性质85

4.3 纳米结构的基本物理现象及其规律86

4.3.1 纳米结构中载流子输运的几个基本物理现象86

4.3.2 量子导线的理想弹道输运和电导量子88

4.3.3 库仑阻塞和单电子隧穿91

4.4 纳米结构的Landauer-Buttiker输运理论96

4.4.1 纳米结构的二端单通道模式的Landauer电导公式96

4.4.2 纳米结构的二端多通道模式的Buttiker电导公式99

小结100

参考文献101

第五章　固态纳米电子器件102

5.1 量子电子器件的基本类型及其特征102

5.2 共振隧穿器件103

5.2.1 双势垒结构及其共振隧穿效应103

5.2.2 共振隧穿器件的工作机理105

5.2.3 RTD的应用107

5.3 单电子器件108

5.3.1 单电子盒——最简单的单电子器件109

5.3.2 单电子晶体管111

5.4 碳纳米管互连及其场效应晶体管115

5.4.1 碳纳米管输运性质及其互连115

5.4.2 碳纳米管场效应晶体管116

5.4.3 碳纳米管在未来纳米电子学中的发展前景119

参考文献120

小结120

第六章　纳米光电子材料和器件123

6.1 固体光电子学的发展历史123

6.1.1 固体光电子学的发展123

6.1.2 纳米光电子器件的起源和研究现状124

6.2 低维半导体的光学性质125

6.2.1 半导体中的激子理论126

6.2.2 低维半导体中的带间跃迁及其激子效应128

6.2.3 半导体量子阱中同一带内子带间光跃迁130

6.3 半导体发光二极管133

6.3.1 发光二极管简介133

6.3.2 白光二极管和未来照明工程135

6.3.3 InGaN/GaN量子阱高亮度发光二极管135

6.4 异质结半导体激光器136

6.4.1 双异质结激光器137

6.4.2 量子阱／超晶格异质结激光器141

6.4.3 量子点半导体异质结激光器143

6.4.4 单量子线半导体异质结激光器144

6.5.1 量子光电探测原理和应用145

6.5 半导体光电／光热探测器145

6.5.2 光热探测机理及应用150

6.5.3 纳米传感器、执行器及其智能微系统MEMS和NEMS151

6.6 光子晶体及其应用153

6.6.1 光子晶体基本理论和基本特性153

6.6.2 光子晶体的制备和应用研究156

小结158

参考文献158

7.1 纳米表征技术161

第七章　纳米表征和纳米制造技术161

7.1.1 X射线衍射方法162

7.1.2 电子束分析方法163

7.1.3 表面分析技术165

7.1.4 扫描探针技术167

7.2 纳米制造技术171

7.2.1 纳米制造技术的两个基本途径及其综合171

7.2.2 薄膜沉积技术及其应用174

7.2.3 纳米结构的图形转移技术180

7.2.4 纳米结构的自组装技术187

小结194

参考文献194

第八章　碳纳米管场致发射显示器197

8.1 场致发射现象及其基本规律197

8.1.1 真空微／纳电子学和场致电子发射现象197

8.1.2 场致电子发射的Fowler-Nordheim理论198

8.1.3 场致发射冷阴极的应用研究200

8.2.1 单根碳纳米管及其阵列的场致发射性质202

8.2 碳纳米管阴极的场致发射性质202

8.2.2 直接生长碳纳米管膜阴极的场致发射性质204

8.2.3 印制型碳纳米管膜阴极的场致发射性质研究207

8.3 碳纳米管平板显示器209

8.3.1 场致发射平板显示器的显示原理和研究现状209

8.3.2 CNTFEA制备技术213

8.3.3 三极结构CNT-FED阴极的制备技术222

8.3.4 CNT-FED的发展前景224

小结226

参考文献226