納米電子學(xué)基礎(chǔ)

精品資料你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點的難點，你是否會認為老師的教學(xué)方法需要改進？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽當(dāng)空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”納米碳管PPT課件5PPT課件6****7PPT課件CdSe量子點PPT課件8PPT課件9尺度

當(dāng)體系中電子之物質(zhì)波(de

Broglie

Wave)波長

接近體系的尺寸大小時，體系界面為一能障，而使得電子形成駐波，其能量亦呈量子化。設(shè)體系的溫度為T，在熱平衡情況下，電子的動能（E）等于熱能（kBT）因此在室溫下此波長約為7.3nm，由于一般固體中的電子有效質(zhì)量小于自由電子的質(zhì)量，實際波長會比此值為大。10溫度越低要讓體系量子化的PPT尺課件寸越大。設(shè)尺一體度系的三維尺度為Lx,Ly與Lz，11PPT課件本征能量:不斷減低維度所呈現(xiàn)的最明顯的量子效應(yīng)是能級量子化，從連續(xù)譜逐步變成離散譜。PPT課件12密度

能態(tài)密度(density

of

states,DOS)是指在單位體積單位能量寬度中的能態(tài)數(shù)目，一般以n(E)表示。由于Pauli不相容原則，每一波向量k最多只能容納二不同自旋方向電子，定義n(E)如下：PPT課件133D2D1D

0D3D、2D、1D和0D電子氣的態(tài)密度對能量依賴的示意圖不斷減低維度所呈現(xiàn)的最明顯的量子效應(yīng)是能級量子化，從連續(xù)譜逐步變成離散譜。PPT課件

14納米體系的基本物理效應(yīng)PPT課件15(1).小尺寸效應(yīng)：尺寸與光波波長、德布羅意波長以及相干長度等相當(dāng)或更小時，導(dǎo)致聲、光、電磁、熱力學(xué)等物性呈現(xiàn)新的小尺寸效應(yīng)。特殊的光學(xué)性質(zhì)當(dāng)黃金被細分到小于光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此可見，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通?？傻陀趌％，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性可以作為高效率的光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料，可以高效率地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能。此外又有可能?yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。特殊的熱學(xué)性質(zhì)PPT課件16固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時，其熔點是固定的，超細微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點將顯著降低，當(dāng)顆粒小于10納米量級時尤為顯著。例如，金的常規(guī)熔點為1064℃，當(dāng)顆粒尺寸減小到10納米尺寸時，則降低27℃，2納米尺寸時的熔點僅為327℃左右；銀的常規(guī)熔點為670℃，而超微銀顆粒的熔點可低于100℃。超細銀粉制成的導(dǎo)電漿料可以進行低溫?zé)Y(jié)，此時元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超細銀粉漿料，可使膜厚均勻，覆蓋面積大，既省料又具高質(zhì)量。超微顆粒熔點下降的性質(zhì)對粉末冶金工業(yè)具有一定的吸引力。例如，在鎢顆粒中附加0.1％～0.5％重量比的超微鎳顆粒后，可使燒結(jié)溫度從3000℃降低到1200～1300℃，以致可在較低的溫度下燒制成大功率半導(dǎo)體管的基片。特殊的磁學(xué)性質(zhì)PPT課件17

人們發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導(dǎo)航下能辨別方向，具有回歸的本領(lǐng)。磁性超微顆粒實質(zhì)上是一個生物磁羅盤，生活在水中的趨磁細菌依靠它游向營養(yǎng)豐富的水底。通過電子顯微鏡的研究表明，在趨磁細菌體內(nèi)通常含有直徑約為2×10-2微米的磁性氧化物顆粒。小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料顯著的不同，大塊的純鐵矯頑力約為80安／米，而當(dāng)顆粒尺寸減小到2×10-2微米以下時，其矯頑力可增加1千倍，若進一步減小其尺寸，大約小于6×10-3微米時，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已作成高貯存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等。利用超順磁性，人們已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。學(xué)性質(zhì)PPT課件18?陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。因為納米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學(xué)性質(zhì)。美國學(xué)者報道氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強度，是因為它是由磷酸鈣等納米材料構(gòu)成的。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。至于金屬一陶瓷等復(fù)合納米材料則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì)，其應(yīng)用前景十分寬廣。

超微顆粒的小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性、介電性能、聲學(xué)特性以及化學(xué)性能等方面。d(nm)N表面(%)1030,0002044,0004022508013099PPT課件19(2).表面效應(yīng)：超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的，若用高倍率電子顯微鏡對金超微顆粒進行電視攝像，實時觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài)，隨著時間的變化會自動形成各種形狀（如立方八面體，十面體，二十面體多晶等），它既不同于一般固體，又不同于液體，是一種準固體。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進入了“沸騰”狀態(tài)，尺寸大于10納米后才看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，這時微顆粒具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會迅速氧化而燃燒。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意識地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而致密的氧化層，確保表面穩(wěn)定化。利用表面活性，金屬超微顆粒可望成為新一代的高效催化劑和貯氣材料以及低熔點材料。PPT課件20(3).量子尺寸效應(yīng)：PPT課件21(4).庫侖阻塞與庫侖臺階效應(yīng)：VI庫侖堵塞效應(yīng)是20世紀80年代介觀領(lǐng)域所發(fā)現(xiàn)的極其重要的物理現(xiàn)象之一．當(dāng)體系的尺度進入到納米級，體系是電荷“量子化”的，即充電和放電過程是不連續(xù)的，充入一個電子所需的能量Ec為e2/2C，體系越小，C越小，能量越大。這個能量稱為庫侖堵塞能。PPT課件22庫侖堵塞能是前一個電子對后一個電子的庫侖排斥能，這就導(dǎo)致了對一個小體系的充放電過程，電子不能集體傳輸，而是一個一個單電子的傳輸．通常把小體系這種單電子輸運行為稱庫侖堵塞效應(yīng)。PPT課件23當(dāng)電極電壓低于閾值時,電子傳輸過程不能發(fā)生,當(dāng)電壓大于該值時,充電過程可以發(fā)生.PPT課件24庫侖阻塞的震蕩特征,可應(yīng)用于開關(guān)電路nmPPT課件25(4).量子隧道效應(yīng)：一維單矩形勢壘:設(shè)如圖的對稱矩形勢壘,一維縱向波函數(shù)滿足:PPT課件26對于E<U0的入射波,經(jīng)計算:可以看到,能量為E<U0的粒子穿越勢壘的概率不為零一維對稱雙矩形勢壘的隧道效應(yīng):可看作兩個單勢壘+一個單勢阱:PPT課件27(5).量子干涉效應(yīng)：以電子的雙縫干涉為例來說明量子干涉性:設(shè)φ1、φ2分別為電子穿過狹縫1、2到達觀察屏的量子態(tài)，根據(jù)量子態(tài)疊加原理，電子穿過兩狹縫到達屏的量子態(tài)就為電子到達屏上一一點P的幾率為:PPT課件28A-B效應(yīng)電子波繞過一磁通所產(chǎn)生的相位差正好等于該路徑內(nèi)的磁通量PPT課件29電子的幾率密度為:

圓柱面形狀的介觀樣品的磁電阻是沿著圓柱軸線施加的外磁場的磁通量的周期函數(shù),磁電阻隨磁通量振蕩的周期為:

Φ0/2(Φ0

=h/e為磁通量子),這就是著名的

AAS效應(yīng)PPT課件30AAS效應(yīng)隧穿效應(yīng)是STM的基礎(chǔ)Nature

409,

304(2001)PPT課件如果兩個量子點通過一個“結(jié)”連接起來，一個量子點上的單個電子穿過能壘到到另一個量子點上的行為稱作量子隧穿．為了使單電子從一個量子點隧穿到另一個量子點，在一個量子點上所加的電壓必須克服Ec，即V＞e／C、通常，庫侖堵塞和量子隧穿都是在極低溫度情況下觀察到的，觀察到的條件是（

e2/2C）＞kBT。有人已作了估計