一种合成半导体纳米线的方法，它利用激光烧蚀簇状构造和气—液—固（VLS）模式的生长。制备纳米直径催化剂团簇，然后再确定由蒸汽-液体-固体VLS机制制作的纳米线或者丝的尺寸。以前的研究搞清了产生纳米直径团簇的方法，此法克服了平衡团簇尺寸在决定最小丝径方面的缺陷。我们用分别细至6nm和3nm以及长度大于1μm的Si和Ge单晶纳米丝验证了这种方法。在不同的条件和催化物下进行实验，明确了生长原理的核心部分，认为用已确立的相图可以合理预测在制备纳米线时的催化物质和生长条件。
目前激光烧蚀制备的实验装置及采用的的激光束参数，以及不同实验结论中纳米结构和生长方向等方面的差异，并分析了半导体纳米丝生长的VLS金属催化机理和氧化物辅助生长模型。我们认为硅-金属混合物作靶时金属催化作用对纳米丝的生长其主要作用，而硅-氧化物混合物做吧时，氧化物作用占主导作用。
具有纳米直径的纳米管和纳米丝之类的一维结构对测试和理解维度和尺寸在的光，电，机械特性方面作用的基础概念以及探针微尖到纳米电子学互连的一系列应用。
。Si 和Ge[2 ]之类晶状半导体纳米丝的合成很有希望用于器件和用来改善这种间接隙材料的光学特性, 但这种合成一直难以实现。已知道有几种合成碳纳米管的成功途径[3 ] , 但这种纳米管的不同粘合配置以及碳相对于Si、Ge 的不同化学特性需用别的途径来控制气相反应物中纳米丝的形成。使用沸石、膜片或纳米管[4 ]的模板介入法可以控制生长状况, 但通常形成多晶材料。
形成晶状类丝状结构的一种方法是蒸气2液体2固体(VL S) 生长法[5, 6 ] , 在此法中, 液
态金属团簇或催化剂对气相反应剂的吸收起到能量有利格位的作用。团簇生长出这种材
料的一维结构并使之过饱和; 直径下限一般大于0.1μm, 并受平衡条件下液态金属催化
剂所能达到的最小直径的限制[6 ]。VL S 法生长的无缺陷纳米丝, 虽然其最小直经(20～
100 nm ) 仍较大, 但由于它能把A u 金属限制在表面上[7, 8 ] , 人们一直把它用于Si 纳米丝
的生长。Buh ro 和他的同事最近已报导一种10～100 nm 直径III-V族半导体的有希望的溶液2液体2固体(SL S) 合成法[9 ]。但此法的潜在限制是需用一种在溶剂沸点以下熔化的催
化剂。
本文报导一种合成单晶纳米丝的方法,它利用激光烧蚀来制备纳米直径催化剂团簇, 然后再确定由蒸气2液体2固体(VL S) 机制制作的丝尺寸。以前的研究[10, 11 ]已搞清产生纳米直径团簇的方法, 此方法克服了平衡团簇尺寸在决定最小丝径方面的限制。我们用合成直径分别细至6 nm 和3 nm 以及长度大于1 L m 的Si 和Ge 单晶纳米丝演证了这种方法。由于可用平衡相图来合理选择催化剂材料和生长条件[6 ]和用激光烧蚀来产生由任何材料组成的纳米尺度团簇。我们相信,此法可适用于众多材料纳米丝的制备。
所用的生长设备(图1) 是用脉冲倍频N d 钇铝石榴石激光(532 nm 波长) 来消蚀靶, 靶含有纳米丝所希望的元素和金属催化剂成分。靶放在管状石英炉内, 炉内的温度、压力和驻留时间是可以改变。
用一束高能脉冲激光辐射靶材表面。使其表面迅速加热融化蒸发，随后冷却洁净的一种制备材料的方法
Fig. 1.纳米线生长炉简图。
脉冲激光的输出(1)被聚焦在(2)上到位于石英管中的靶材(3)上；反应温度受炉管(4)来控制。由于输入气流(左，6)，通过流量控制器和出口(6, 右)到抽运系统（泵）。产物用冷却指状物（5）进行收集
纳米丝两端的纳米团簇的观测使人联想起蒸气-液体-固体生长法(见shang图)
在1200°C 下用激光烧蚀Si0. 9Fe0. 1靶所得到的典型Si 纳米丝产物的透射电子显微镜(TEM ) 像(图2A ) 初步显示出丝状结构,直径约为10 nm 量级[12 ] , 具有很大均匀性,长度大于1μm, 经常可大到30μm。对各个纳米丝进行电子感应X 射线荧光(EDX) 分析表明, 它们只含有Si 和O。另外, 透射电子显微镜像表明, 实际所有纳米丝的一端都终止于直径为1.5～2 倍连接纳米丝的纳米团簇上。对。
图2(A ) Si0. 9Fe0. 1靶激光烧蚀(532 nm 波长, 16 Hz, 2W 平均功率) 后所产生纳米丝的透射电子显微像。
图示比例尺为100 nm。生长条件为1200°C、50 cm 3?m in 的500 To rr 氩气流。电子感应X 射线
荧光光谱用V G HB603 扫描透射电子显微镜或飞利浦EM 420 (120 kV , 铍窗口探测器) 记录。
(B ) Si 纳米丝的衍射衬度透射电子显微像; 在这种成像方式下晶状材料(Si 芯丝) 显得比非晶材料(SiO x 鞘层) 更暗。图示比例尺为10 nm。会聚束电子衍射图样沿垂直于纳米丝生长轴的[211 ]晶带轴记录。
(C) 晶状Si 芯丝和非晶SiO x 鞘层的高分辨率透射电子显微像。(111) 平面(黑箭头) (间隔0.31 nm ) 垂直于
生长方向(白箭头) 取向。
各个对纳米丝记录的较高分辨率透射电子显微镜像(图2B 和C ) 提供了对这些材料结构的进一步洞察。衍射相衬像显示, 纳米丝由芯丝的平均直径为7.8±0.6 nm。包括非晶鞘层在内的总直径为17.1±0.3 nm。对类似条件下生长的大量Si 纳米丝摄像所做的分析表明, 晶状芯丝直径在6～20 nm 范围变化, 平均值约为10 nm。垂直于纳米丝长轴(图2B ) 记录的会聚束电子衍射图可成为晶状Si[ 211 ]晶带轴的指示, 并表明纳米丝沿[ 111 ]方向生长。晶状芯丝的晶格分辨电子透射显微像证实了该方向(图2 C )。这种图像清楚显示了与纳米丝轴垂直的原子平面(间距为0.314 nm ) 和与非晶膜层的清晰原子界面。用扫描透射电子显微术的电子感生X 射线荧光分析表明, 非晶膜层具有近似SiO 2 的成分。我们把纳米丝上的非晶SiO 2 膜层归结为装置中残留氧的反应。如对SiO 2 所预测的, 氢氟酸去除了非晶纳米丝膜层, 然后对晶
状裸芯丝进行电子感生X 射线荧光分析, 表明Si 中只有微量氧存在。这种结构和成分数
据表明, 我们用激光烧蚀法产生的纳米丝由沿[ 111 ]方向生长的直径为6～20 nm 晶状
Si 芯丝和非晶SiO 2 鞘层组成。这种合成纳米丝方法的进一步推进需要明确搞清生长的机制。几乎所有纳米丝一端都存在纳米微粒的事实定性说明了我们的生长是按蒸气2液体2固体机制进行的。这个思想可通过考虑图3 模型而作详细检验和发展。在此模型中, Si1- x Fe x 靶的激光烧蚀产生Si 和Fe 蒸气(图3A ) , 这种蒸气迅速凝聚到富Si 液态纳米团簇中(图3B ) , 当纳米团簇变成过饱和时, 现存的Si 相便沉淀起来,结晶成纳米丝(图3C)。最后, 当气流把纳米丝带出炉子热区时停止生长(图3D)。这种模型与二元Si-Fe 化合物。其次, 我们预测在低于1207°C时将停止纳米丝生长, 因为没有剩余的液态团簇(这个温度相当于由FeSi2 ( s) + Si ( s) 的等温分离FeSi x (1) + Si( s)。
图3提出的纳米丝生长模型。(A ) 用能量为hv的光子对Si1- x Fe x 靶进行激光烧蚀, 产生一种Si 和Fe 粒子构成的稠密热蒸气。(B )当Si 和Fe 粒子通过与缓冲气体碰撞而冷却时, 热蒸气凝聚成小团簇。为把Si2Fe 纳
米团簇保持在液态, 对炉温(图1A ) 加以控制。(C) 硅液体变成过饱和后开始纳米丝生长, 只要Si2Fe 纳米团簇保持液态和Si 反应剂有效, 纳米丝就将继续生长。(D )当纳米丝在冷却指状物处通出热反应区(在载体气流中通过) 时, 生长停止, Si2Fe纳米团簇开始固化
我们的实验结果与这些预测很好一致。对纳米丝端部团簇的定量电子感应X 射线荧光分析表明, 这种团簇具有预测的FeSi2成分, 并且对离FeSi2 纳米团簇短距离的纳米丝所做的电子感应X 射线荧光测量也表明, 在我们1% 原子灵敏度水平的仪器上没有探测到铁。另外, 这种纳米团簇透射电子显微镜像显示为间隔为0.51 nm 的原子平面。这种间隔与β-FeSi2 (001) 平面之间的0.510nm 距离很好一致[15 ]。最后, 在用Fe 作催化剂情况下, 只在温度高于1150°C 时出现Si纳米丝生长。在低于1207°C 松散固相线的温度上观测Si 纳米丝生长是合理的, 因为纳米团簇的熔点低于相应的松散固体[16 ]。
实验数据和我们模型预测之间的很好一致, 意味着对纳米丝合成应能合理选择新催化剂和新的生长条件, 对二元Si2金属相图的考察[14 ] 表明, 像Si-Fe 一样, 在Si 作主体固相情况下, Si-N i 和Si-A u 都呈现富硅共晶区。用激光蒸发含有10% N i 或1% A u 的Si靶时, 能产生一种与上述介绍的Si-Fe 系统相同结构特征的Si 纳米丝。另外, 用N i 和A u 催化剂产生的所有Si 纳米丝实际上分别都以β-N iSi2 和A u 纳米团簇终止[17 ]。因此,这些数据为我们方法的普遍性提供了强烈支持。过去,A u 一直作为Si 生长的蒸气-液体-固体催化剂使用, 主要是在表面
上[
图4Ge 纳米丝的透射电子显微镜像
(A ) 在末端呈现大致球状纳米团簇的纳米丝像, 整个方块内所做的电子感应X 射线荧光测量表明, 纳米团簇(A 方块) 的Ge∶Fe 比为2∶1, 纳米丝( C 方块) 只含有Ge, 标尺代表9 nm。
( B ) 孤立Ge 纳米丝的像。纳米丝的直径为510±016 nm, 标尺代表5 nm。
( C ) 用( B ) 中开口黑盒表示的Ge 纳米丝区的高分辨率透射电子显微镜像。沿生方向取向的交织边界处在该像的中心。边界左、右侧的(111) 晶格面可见。标尺代表1 nm。Ge 纳米丝通过对Ge0. 9Fe0. 1靶的烧蚀(使用光谱物理公司的GCR216 S、532 nm、10 Hz、平均功率2W 激光器) 而产生, 生长条件是820°C、300 To rr 压力的和以50 SCCM 流量的A r 气流
此外, 我们通过Ge 纳米丝的制备较严格地检验了我们的方法。对Ge 二元相图的考察表明, Ge-Fe 相图的富Ge 区与Si-Fe 相图相似[14 ]; 即在838°C 以上的相是FeGe x (1)+ Ge ( s) , 低于该温度的相是β-FeGe2 ( s) +Ge ( s)。因此, Ge2Fe 和Si2Fe 的主要差别是固相线约比前者低400°C。在820°C 下对Ge0. 9Fe0. 1靶的激光烧蚀产生了3～9 nm 直径的类丝状产物, 且产量较高(图4)。电子透射显微镜像还表明, 这些纳米丝是晶状, 具有均匀直径, 没有非晶态膜层, 且以纳米团簇为终端。电子感应X 射线荧光分析进一步证明, 纳米丝主要由Ge 构成, 纳米团簇具有预测的FeGe2 成分。另外, 高分辨率像清楚地显示Ge (111) 面, 从而证明了纳米丝的结晶性(图4 C )。高分辨像还显示有Ge (111) 面的交织, 这与Si 纳米丝所得的结果不同。目前, 我们尚未搞清Ge 纳米丝中这种交织的原因, 尽管我们以前用低温溶液合成法制作的Ge 纳米丝中已观测到广泛的交织[20 ]。
上述结果说明我们的方法合成晶状纳米丝的潜力。换言之, 合成特定成分纳米丝的良好起点应是在所研究的特定材料下具有共晶区的合金。为把这种系统安排在当温度朝固相线或纳米团簇固化温度降低时纳米材料长主要是固相的相图区, 靶的成分、激光蒸发和凝聚条件都是可调的。例如, 在存在原子氢或甚至金刚石纳米丝下, 用这种方法来制作SiC、GaA s、B i2Te3 和BN 纳米丝应是可能的。我们最近用激光烧蚀法产生了分别来自气相Si 反应剂的纳米团簇催化剂, 因此能更大程度地控制纳米丝的生长工艺[21 ]。
从上述分析表明，上述两种纳米丝的生长模型都可解释各自条件下激光烧蚀制备纳米丝的实验过程，到底哪个是正确的？我们认为两种生长过程都是存在的，我们认为硅-金属混合物作靶时金属催化作用对纳米丝的生长其主要作用，而硅-氧化物混合物做吧时，氧化物作用占主导作用，由此也许可以考虑将两者有机结合起来制备更高质量的硅纳米丝
1化学气相沉积法 1.1化学气相沉积法的原理 化学气相沉积法(Chemical Vapour Deposition (CVD) )是通过气相或者在基板表面上的化学反应，在基板上形成薄膜。化学气相沉积方法实际上是化学反应方法，因此。用CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，而且即使是高熔点物质也可以在很低的温度下制备。 用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料、包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。采用各种反应形式，选择适当的制备条件——基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜构料。化学气相沉积的化学反应形式．主要有热分解反应、氢还原反应、金属还原反应、基板还原反应、化学输运反应、氧化反应、加水分解反应、等离子体和激光激发反应等。 化学气相沉积法制备纳米碳材料的原理是碳氢化合物在较低温度下与金属纳米颗粒接触时通过其催化作用而直接生成。化学气相沉积法制备碳纳米管的工艺是基于气相生长碳纤维的制备工艺。在研究气相生长碳纤维早期工作中就己经发现有直径很细的空心管状碳纤维，但遗憾的是没有对其进行更详细的研究[4]。直到Iijima在高分辨透射电子显微镜发现产物中有纳米级碳管存在，才开始真正的以碳纳米管的名义进行广泛而深入的研究。 化学气相沉积法制备碳纳米管的原料气，国际上主要采用乙炔，但也采用许多别的碳源气体，如甲烷、一氧化碳、乙烯、丙烯、丁烯、甲醇、乙醇、二甲苯等。在过渡金属催化剂铁钴镍催化生成的碳纳米管时，使用含铁催化剂，多数得到多壁碳纳米管；使用含钴催化剂，大多数的实验得到多壁碳纳米管；过渡金属的混合物比单一金属合成碳纳米管更有效。铁镍合金多合成多壁碳纳米管，铁钴合金相比较更容易制得单壁碳纳米管。此外，两种金属的混合物作为催化剂可以大大促进碳纳米管的生长。许多文献证实铁、钴、镍任意两种的混合物或者其他金属与铁、钴、镍任何一种的混合物均对碳纳米管的生长具有显著的提高作用，不仅可以提高催化剂的性能，而且可以提高产物的质量或者降低反应温度。催化裂解二甲苯时，将适量金属铽与铁混合，可以提高多壁碳纳米管的纯度和规则度。因而，包括像烃及一氧化碳等可在催化剂上裂解或歧化生成碳的物料均有形成碳纳米管的可能。Lee Y T 等[5]讨论了以铁分散的二氧化硅为基体，乙炔为碳源所制备的垂直生长的碳纳米管阵列的生长机理，并提出了碳纳米管的生长模型。Mukhopdayya K等[6]提出了一种简单而新颖的低温制备碳纳米管阵列的方法。该法以沸石为基体，以钴和钒为催化剂，仍是以乙炔气体为碳源。Pna Z W等[7]以乙炔为碳源，铁畦纳米复合物为基体高效生长出开口的多壁碳纳米管阵列。 1.2评价 化学气相沉积法该法制备的纳米微粒颗粒均匀，纯度高，粒度小，分散性好，化学反应活性高，工艺可控和连续，可对整个基体进行沉积等优点。此外，化学气相沉积法因其制备工艺简单，设备投入少，操作方便，适于大规模生产而显示出它的工业应用前景。因此，化学气相沉积法成为实现可控合成技术的一种有效途径。化学气相沉积法缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。总之，随着纳米材料制备技术的不断完善，化学气相沉积法将会得到更广泛的应用。
项目名称：新型高性能半导体纳米线电子器件和量 子器件 首席科学家：徐洪起北京大学 起止年限：2012.1至2016.8 依托部门：教育部中国科学院
一、关键科学问题及研究内容 国际半导体技术路线图（ITRS）中明确指出研制可控生长半导体纳米线及其高性能器件是当代半导体工业及其在纳米CMOS和后CMOS时代的一个具有挑战性的科学任务。本项目将针对这一科学挑战着力解决如下关键科学问题：（1）与当代CMOS工艺兼容、用于新型高性能可集成的纳电子器件的半导体纳米线阵列的生长机制和可控制备；（2）可集成的超高速半导体纳米线电子器件的工作原理、结构设计及器件中的表面和界面的调控；（3）新型高性能半导体纳米线量子电子器件的工作模式、功能设计和模拟、载流子的基本运动规律。 根据这些关键科学问题，本项目包括如下主要研究内容： (一)新型半导体纳米线及其阵列的可控生长和结构性能表征 在本项目中我们将采用可控生长的方法来生长制备高品质的InAs、InSb 和GaSb纳米线及其异质结纳米线和这些纳米线的阵列。 生长纳米线的一个重要环节是选取衬底，我们将研究在InAs衬底上生长高品质的InAs纳米线，特别是要研究在大晶格失配的Si衬底上生长InAs纳米线的技术。采用Si衬底将大大降低生长成本并为与当代CMOS工艺的兼容、集成创造条件。关于InSb和GaSb纳米线的制备，人们还没有找到可直接生长高品质InSb和GaSb纳米线的衬底。我们将研究以InAs纳米线为InSb和GaSb纳米线生长凝结核的两阶段和多阶段换源生长工艺，探索建立生长高品质InSb和GaSb纳米线及其InAs、InSb和GaSb异质结纳米线的工艺技术。本项目推荐首席徐洪起教授领导的小组采用MOCVD 技术已初步证明这种技术路线可行。我们将进一步发展、优化InSb和GaSb纳米线的MOCVD生长工艺技术，并努力探索出用CVD和MBE生长InSb和GaSb纳米线的生长技术。CVD是一种低成本、灵活性高的纳米线生长技术，可用来探索生长大量、多样的InSb、InAs和GaSb纳米线及其异质结，可为项目前期的纳米器件制作技术的发展提供丰富的
?综合评述? 半导体纳米材料的光学性能及研究进展Ξ 关柏鸥 张桂兰 汤国庆 (南开大学现代光学研究所,天津300071) 韩关云 (天津大学电子工程系,300072) 摘要 本文综述了近年来半导体纳米材料光学性能方面的研究进展情况,着重介绍了半导体纳米材料的光吸收、光致发光和三阶非线性光学特性。 关键词 半导体纳米材料;光学性能 The Optica l Properties and Progress of Nanosize Sem iconductor M a ter i a ls Guan B ai ou Zhang Gu ilan T ang Guoqing H an Guanyun (Institute of M odern Op tics,N ankaiU niversity,T ianjin300071) Abstract T he study of nano size sem iconducto r particles has advanced a new step in the understanding of m atter.T h is paper summ arizes the p rogress of recent study on op tical p roperties of nano size sem icon2 ducto r m aterials,especially emphasizes on the op tical2abso rp ti on,pho to lum inescence,nonlinear op tical p roperties of nano size sem iconducto r m aterials. Key words nano size sem iconducto r m aterials;op tical p roperties 1 引言 随着大规模集成的微电子和光电子技术的发展,功能元器件越来越微细,人们有必要考察物质的维度下降会带来什么新的现象,这些新的现象能提供哪些新的应用。八十年代起,低维材料已成为倍受人们重视的研究领域。 低维材料一般分为以下三种:(1)二维材料,包括薄膜、量子阱和超晶格等,在某一维度上的尺寸为纳米量级;(2)一维材料,或称量子线,线的粗细为纳米量级;(3)零维材料,或称量子点,是尺寸为纳米量级的超细微粒,又称纳米微粒。随着维数的减小,半导体材料的电子能态发生变化,其光、电、声、磁等方面性能与常规体材料相比有着显著不同。低维材料开辟了材料科学研究的新领域。本文仅就半导体纳米微粒和由纳米微粒构成的纳米固体的光学性能及其研究进展情况做概括介绍。2 半导体纳米微粒中电子的能量状态 当半导体材料从体块减小到一定临界尺寸以后,其载流子(电子、空穴)的运动将受限,导致动能的增加,原来连续的能带结构变成准分立的类分子能级,并且由于动能的增加使得能隙增大,光吸收带边向短波方向移动(即吸收蓝移),尺寸越小,移动越大。 关于半导体纳米微粒中电子能态的理论工作最早是由AL.L.Efro s和A.L.Efro s开展的[1]。他们采用有效质量近似方法(E M A),根据微粒尺寸R与体材料激子玻尔半径a B之比分为弱受限(Rμa B,a B=a e+ a h,a e,a h分别为电子和空穴的玻尔半径)、中等受限(a h 摘要：讨论了当前国内外主要的几种半导体纳米材料的制备工艺技术,包括物理法和化学法两大类下的几种，机械球磨法、磁控溅射法、静电纺丝法、溶胶凝胶法、微乳液法、模板法等,并分析了以上几种纳米材料制备技术的优缺点关键词:半导体纳米粒子性质；半导体纳米材料；溶胶一凝胶法;机械球磨法；磁控溅射法；静电纺丝法；微乳液法；模板法；金属有机物化学气相淀积引言 半导体材料（semiconductormaterial）是一类具有半导体性能（导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内）。相对于导体材料而言,半导体中的电子动能较低,有较长的德布罗意波长,对空间限域比较敏感。半导体材料空间中某一方向的尺寸限制与电子的德布罗意波长可比拟时,电子的运动被量子化地限制在离散的本征态,从而失去一个空间自由度或者说减少了一维,通常适用体材料的电子的粒子行为在此材料中不再适用。这种自然界不存在,通过能带工程人工制造的新型功能材料叫做半导体纳米材料。现已知道,半导体纳米粒子结构上的特点(原子畴尺寸小于100nm,大比例原子处于晶界环境,各畴之间存在相互作用等)是导致半导体纳米材料具有特殊性质的根本原因。半导体纳米材料独特的质使其将在未来的各种功能器件中发挥重要作用,半导体纳米材料的制备是目前研究的热点之一。本文讨论了半导体纳米材料的性质,综述了几种化学法制备半导体纳米材料的原理和特点。 2.半导体纳米粒子的基本性质 2.1表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。对直径大于0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸小于0.1微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100平方米，这时的表面效应将不容忽略。 随着纳米材料粒径的减小，表面原子数迅速增加。例如当粒径为10nm 时，表面原子数为完整晶粒原子总数的20%；而粒径为1nm时，其表面原子百分数增大到99%；此时组成该纳米晶粒的所有约30个原子几乎全部分布在表面。由于表面原子周围缺少相邻的原子：有许多悬空键，具有不饱和性，易与其他原子相结合而稳定下来，故表现出很高的化学活性。随着粒径的减小，纳米材料的表面积、表面能及表面结合能都迅速增大。 超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为2*10-3微米）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多李晶等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。 因此想要获得发光效率高的纳米材料，采用适当的方法合成表面完好的半导体材料很重要。 2.2量子尺寸效应 量子尺寸效应--是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。当半导体材料从体相减小到某一临界尺寸(如与电子的德布罗意波长、电子的非弹性散射平均自由程和体相激子的玻尔半径相等)以后,其中的电子、空穴和激子等载流子的运动将受到强量子封 纳米半导体材料在微电子技术中的应用探究 摘要 本文先简短介绍了纳米材料的几种量子效应，而后根据半导体发展国际技术路线图（ITRS）所提出的特征尺度减小给微电子技术带来的问题，重点介绍了碳纳米管和石墨烯两种有望突破物理极限束缚的新型纳米半导体材料。作为科普性的探究论文，本文没有深究物理、化学机理，而是将重点放在两者在后摩尔时代的微电子技术应用上，指出了两者在集成电路、纳电子器件甚至太赫兹技术、量子信息学中的可能应用。 关键词：碳纳米管石墨烯纳米材料微电子技术 Abstract This paper briefly introduces the quantum mechanism of nano-semiconductor-materials, and then introduces particularly Carbon Nanotube and Graphene as two possible solutions to the physical limitations to the microelectronics, proposed by the International Technology Roadmap for Semiconductors. As a paper aimed at introduction, we focus on the applications of the two materials rather than their theoretical principles and points out their possible prospects in integrated circuits, nano-microelectronic devices, Terahertz technology, and quantum information. Key words: Carbon Nanotube Graphene Nano-materials microelectronics 纳米材料的合成与制备 (1) 摘要 (1) 关键词 (1) The synthesis and preparation of nanomaterials (1) Abstract (1) Keywords (1) 引言 (1) 1纳米材料的化学制备 (2) 1.1纳米粉体的湿化学法制备 (2) 1.2纳米粉体的化学气相法制备 (2) 1.2.1气体冷凝法 (3) 1.2.2溅射法 (3) 1.2.3真空蒸镀法 (4) 1.2.4等离子体方法 (4) 1.2.5激光诱导化学气相沉积法(LICVD) (4) 1.2.6爆炸丝方法 (5) 1.2.7燃烧合成法 (5) 1.3纳米薄膜的化学法制备 (5) 1.4纳米单相及复相材料的制备 (6) 2纳米材料的物理法制备 (7) 2.1纳米粉体(固体)的惰性气体冷凝法制备 (7) 2.2纳米粉体的高能机械球磨法制备 (7) 2.3纳米晶体非晶晶化方法制备 (8) 2.4深度塑性变形法制备纳米晶体 (9) 2.5纳米薄膜的低能团簇束沉积方法(LEBCD)制备 (9) 2.6纳米薄膜物理气相沉积技术 (9) 3纳米材料的应用展望 (10) 4 总结 (11) 参考文献 (12) 纳米材料的合成与制备 摘要本文综述了近年来在纳米材料合成与制备领域的一些最新研究进展，包括纳米粉体、块体及薄膜材料的物理与化学方法制备。从纳米材料合成和制备的角度出发,较系统的阐述了纳米材料合成与制备的最新研究进展,包括气相法,液相法及固相法合成与制备纳米材料;并介绍了纳米材料在高科技领域中的应用展望。 关键词纳米材料，合成，制备 The synthesis and preparation of nanomaterials Abstract This paper summarized the recent years in the field of nanometer material synthesis and preparation of some of the latest research progress, including nano powder, bulk and thin film materials preparation physical and chemical methods. From the perspective of nano material synthesis and preparation, systematically expounds the synthesis and the latest progress in the preparation of nanometer materials, including gas phase, liquid phase method and solid phase synthesis and preparation of nano materials; And introduces the application of nanomaterials in the field of high-tech prospects. Keywords nano materials, synthesis, preparation 引言 纳米材料是晶粒尺寸小于100nm的单晶体或多晶体,由于晶粒细小,使其晶界上的原子数多于晶粒内部的,即产生高浓度晶界,因而使纳米材料有许多不同于一般粗晶材料的性能,如强度硬度增大、低密度、低弹性模量、高电阻低热导率等。 纳米材料制备方法综述 摘要：纳米材料由于其特殊性质，近年来受到人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。目前，各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。 关键字：纳米材料，制备，固相法，液相法，气相法 近年来，纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，具有表面与界面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米具有很多奇特的性能，广泛应用于各个领域。为此，本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。 目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为：气相法、液相法和固相法。 一、气相法 气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。气相法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），在某些情况下使用其他热源获得气源，如电阻加热法，高频感应电流加热法，混合等离子加热法，通电加热蒸发法。 1、物理气相沉积（PVD） 在PVD过程中没有化学反应产生，其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。 1.1蒸气-冷凝法 此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质（如金属等），使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。此方法制备的颗粒表面清洁，颗粒度整齐，生长条件易于控制，但是粒径分布范围狭窄。 1.2溅射法 用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40～250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.3～1.5kv。由于两极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原产从其表面蒸发出来形成超微粒子．并在附着面上沉积下来。用溅射法制备纳米微粒有许多优点:可制备多种纳米金属，包括高熔 第一章绪论 近数十年以来,纳米科学技术得到了极为迅速的兴起和发展,并越来越受 到各界科学家和科研工作者的关注,逐渐成为目前最为活跃的前沿学科领域之 一。最近几年来,由于不断深入的理论支持研究和各种各样的制备与表征手段 的改进发展,以及扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等高 端测试仪器的广泛使用,纳米材料的许多奇异的性质逐渐显露在人们面前,展 现出它在化工环保方面、医药健康方面、电子信息方面、能源动力方面等诸多 方面的广阔的应用前景,纳米科学技术已经发展成为21世纪的占据主导地位的 新型技术之一。 1.1半导体纳米晶简介 纳米材料,又常常被人们所称之为纳米结构材料,我们一般可以从两个不 同的角度和方面,对该材料进行定义:从第一方面来说,当一种材料的尺寸, 处于纳米的尺度范围内,即1到100纳米之间,并且在三维空间中,至少在一 个维度上是这样的;从另外一个方面来看,该材料因为其物理尺度上尺寸的减 小,从而使该材料与之对应的物理性能和化学性质,相对于同材料的块体材料 而言,发生了显著变化。其实,从十九世纪60年代,"胶体化学"诞生的时期 开始,许多的科学工作者便开始了对纳米材料的探讨和研究,只是在那时,尺 寸为一到一百纳米的弥散粒子,被称之为胶体。而纳米科学技术的正式提出, 是直到二十世纪的1959年时,在美国的物理学会曾经一次召开的会议上[1]。之后,扫描隧道电子显微镜(STM),在1982年时,被G. Buning和H. Robrer所发 明创造出来了。由于扫描隧道电子显微镜(STM)的出现和使用,使人们能够在纳 米的尺度范围内,直接的观察和操纵原子的功能得到了实现,而该项发明也极 大的推动了纳米科学技术的快速的发展与兴起。综上所述,纳米科学技术的研 讨和探究,使人们能够通过直接的作用于原子和分子的排布,从而创造出具有 全新的功能性新物质,并且,这将同时、同样的标志着,人类改造自然的能力 己经拓展到了原子和分子的水平[1]。 纳米材料中,纳米晶材料是不可忽视的一员。当一种金属或半导体的颗粒 粒度半径小于该材料的激子的玻尔半径时,我们将之称为纳米晶体材料.通常 情况下,对于半导体材料而言,我们也习惯将之称之为半导体纳米颗粒,或者 半导体纳米晶。在过去,很多时候也曾存在着纳米量子点、纳米超微粒、纳米 量子球或者纳米微晶等等各种不同的称呼和定义[2]。由于纳米晶材料拥有比较特殊的结构、异于寻常的物理性能和化学性质,所以,在今天,纳米晶材料在光 电器件生产应用领域、生物医药生产应用领域、信息技术生产应用领域以及化 工生产应用领域等诸多方面都具有着非常重要的、不可小觑的应用前景,而越 来越多的广大科学工作者也对其显现出极大的科研兴趣,纳米晶材料已经成为 物理领域、化学领域、生物领域和材料等领域的研究热点之一。时至今日,已 研究的纳米晶材料,涵盖了磁性型纳米晶材料(Co, Fe304)、贵金属型纳米晶材 料(Au, Pt)、半导体型纳米晶材料(CdSe, ZnS)、金属单质型纳米晶材料(Fe, Ni) 和氧化物型纳米晶材料(Ti02, Zr02)等诸多类型。在以上诸多类型的材料之中, 半导体纳米晶材料,也可以被称之为半导体量子点材料,在众多纳米材料中, 尤为引起诸多科研工作者的注意。迄今为止,经过诸多科学家的努力,己经成 功的制备出了各种形貌的半导体纳米材料,其中包括半导体纳米点型材料、半 导体纳米带型材料、半导体纳米线型材料、半导体纳米管型材料、半导体纳米 薄层型材料等等,通过各种验证,发现了半导体纳米材料的、许多的、与常规 半导体纳米材料研究进展与应用 摘要: 介绍了半导体纳米材料的研究进展、制备方法的若干进展和应用前景。 关键词: 半导体纳米材料研究进展应用 1引言 20 世纪是物理学推动高新技术飞速发展的世纪, 人类已从控制与利用大量微观粒子系统的时代进入了控制与利用单个微观粒子的时代。纳米技术是世纪之交发展起来的新技术, 是在0.1～100nm 尺度空间内, 研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新的高技术科学Z。它的目标是人类按照自己的意志直接操纵单个电子、原子等粒子, 制造出具有特定功能的产品.目前, 人们已制造了各种各样的纳米材料, 例如: 纳米金属材料、纳米半导体材料、纳米氧化物材料、纳米陶瓷材料、纳米有机材料等. 其中半导体纳米材料对未来社会信息化的产生有至关重要的影响. 2半导体纳米材料 相对于金属材料而言, 半导体中的电子动能较低, 有较长的德布罗意波长, 因而对空间的限制比较敏感. 电子的德布罗意波长入与其动能 E 的关系为入=h^2/在纸上(其中m*是半导体中电子的有效质量, h 是普朗克常量) 。当空间某一方向的尺度限制与电子的德布罗意波长可比拟时, 电子的运动就会受限, 而被量子化地限制在离散的本征态, 从而失去一个空间自由度或者说减少了一维。因此, 通常在体材料中适用的电子的粒子行为在此材料中不再适用, 这种新型的材料称为半导体低维结构, 也称为半导体纳米材料【1】。 1966 年, Fuou ler 等人[2]首次令人们信服地证实了在Si/S iO 2 界面处存在二维电子气,从此拉开了半导体低维结构研究的序幕. Si-MO SFET[3]可以认为是对载流子实现一个维度方向限制最早的固体结构.在这个系统中, 由于Si 和SiO 2 界面导带的不连续, 形成一个三角势阱, 将电子限制在其中, 使其既不能穿过氧化层, 也不能进入Si 的体内, 电子的运动被限制在二维界面内. 随着微加工技术的发展和分子束外延技术(MBE )、金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)、液相外延(L PE)、气相外延(V PE)等技术的应用, 人们可以制造出更多的二维电子气系统Z 它是由两种具有不同带隙的半导体材料构成, 一般要求这两种材料结构相同, 并且晶格常量接近, 以获得原子级光滑的界面。MBE 和MOCVD 的一个重要特征是可以制备量子尺寸的多层结构, 其控制精度可达单原子层量级〔4〕。这些结构可分为量子阱(QW ) 和超晶格(SL ) 。1970 年, Esak i 和T su 〔5〕在寻找具有负微分电阻的新器件时, 提出了全新的“半导体超晶格”概念Z 如果势垒层厚度足够宽, 使得相邻阱内电子波函数没有相互作用, 即被称为量子阱.反之, 如果相邻阱内电子波函数有较强的相互作用, 即相当于在晶格周期场上叠加一个多层结构的超晶格周期场, 则被称为超晶格。从此, 对半导体量子阱和超晶格等半导体微结构的材料和器件的研究成为近20 多年来半导体物理学中最重要、最活跃的研究领域之一。 1978 年D ingle〔6〕等人对异质结中二维电子气沿平行于界面的输运进行了研究, 发现了电子迁 探索半导体纳米线的奇特物理性质及可能应用 报告人：俞大鹏教授 俞大鹏，男，1959年3月生。1993 年在法国南巴黎大学固体物理实验室 （Orsay）获博士学位。2000年获得 国家杰出青年科学基金，2002年获得 教育部长江学者特聘教授，是教育部长 江学者与创新计划“新型低维功能结构 与物理” 创新团队学术带头人。俞大鹏 教授的主要研究方向为准一维半导体纳 米结构与物理性质研究，是国际纳米线研究的创始人之一，在纳米线的制备、物理性质和器件效应研究方面做出的主要学术贡献包括: 发展了催化诱导与气相输运新方法、新技术规模制备硅纳米线，基本解决自下而上可控制备纳米线的核心难题；开拓了氧化物纳米线材料新领域；深入、系统地研究了纳米线的奇特物理性质和应用基础。俞大鹏教授共在国际核心专业刊物上发表360多篇论文，含国际顶级专业刊物论文Physical Review B/Letters（14）、 Applied Physics Letters/JAP（75）、Advanced Materials（11）、Nano Letters（7）等160余篇。相关论文被国内外其他同行累计引用超过10000次，H因子为54。以第一完成人获得了2004年度教育部提名自然科学一等奖、2007年获国家自然科学二等奖。担任Nano Research、《科学通讯》等国内外学术刊物编委，被邀请担任美国物理研究所（AIP）10 Year Review Committee Member （全球6名科学家）。 Exploring the Peculiar Physical Properties and Possible Applications of Semiconductor Nanowires YU Dapeng Nanowires have been a top-five focused research topics in physics, and stimulated intensive interests world-wide. This lecture composes of two major parts. Figure 1: (a). Mass-production of silicon nanowires from the bottom; (b). Strain modulation of the emission energy and electronic structures of semiconductor nanowires; (c). High field emission current density destined for planar display; (d). Flexible nanowire solar cells. In the first part, I will give a brief summary of our pioneer and leading contributions to the world-wide nanowire research. (1). We are the pioneers to synthesize silicon nanowires from the bottom via a catalytic-directed growth of semiconductor nanowires, and enable the controllability in size, orientation, and superlattice/coreshell heterostructures of semiconductor nanowires. (2). We extended the concept of nanowire synthesis to a wide variety of metal oxide nanowires, leading to a world-wide following up of the breakthrough. (3). It is further demonstrated that the physical properties of the semiconductor nanowires can be modified/ via chemical doping, tuned by magnetic and strain fields, resulting in the nanowire p-n heterojunctions, diluted magnetic semiconductors, and strain sensors. (4).We are the first to provide the experimental evidence of quantum confinement effect in silicon nanowires. It is showed that the spin current of a single magnetite nanowire can be tuned via magnetic field (spin filter), and the thermal spin transfer torque effect was 纳米材料的制备方法 一、前言 纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。早在二十世纪60年代，英国化学家Thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺寸小至纳米级时，其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。 应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。 纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。 二、纳米材料的制备方法 （一）、机械法 机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部 半导体纳米材料的的光学性能 随着大规模集成的微电子和光电子技术的发展,功能元器件越来越微细,人们有必要考察物质的维度下降会带来什么新的现象,这些新的现象能提供哪些新的应用。八十年代起,低维材料已成为倍受人们重视的研究领域。 当半导体材料从体块减小到一定临界尺寸以后,其载流子(电子,空穴)的运动将受限,导致动能的增加,原来连续的能带结构变成准分立的类分子能级,并且由于动能的增加使得能隙增大,光吸收带边向短波方向移动(即吸收蓝移),尺寸越小,移动越大。 由于量子尺寸效应导致能隙增大,半导体纳米材料的吸收光谱向高能方向移动,即吸收蓝移。同时,由于电子和空穴的运动受限,他们之间的波函数重叠增大,激子态振子强度增大,导致激子吸收增强,因此很容易观察到激子吸收峰,导致吸收光谱结构化. 通常通过吸收光谱来研究半导体纳米微粒的量子尺寸效应和激子能级结构,近年来,研究较多的有[14～20]:Ⅲ-Ⅴ族半导体GaAs、InSb和GaP;Ⅱ-Ⅵ族半导体ZnS、CdS、CdSe和CdTe;Ⅰ-Ⅶ族半导体Cu-Cl、CuBr和CuI;PbS、PbI和间接带隙半导体材料Ag-Br;过渡金属氧化物Fe2O3、Cu2O、ZnO和非过渡金属氧化物SnO2、In2O3、Bi2O3等。余保龙等人[21]研究发现,SnO2纳米微粒用表面活性剂分子包覆时,由于表面的介电限域效应其吸收带边发生红移,而且随着表面包覆物与SnO2的介电常数差值增大和包覆物的浓度增大,其红移量增大。 半导体纳米微粒受光激发后产生电子-空穴对(即激子),电子与空穴复合的途径有 (1)电子和空穴直接复合,产生激子态发光。由于量子尺寸效应的作用,发射波长随着微粒尺寸的减小向高能方向移动(蓝移)。 (2)通过表面缺陷态间接复合发光[9,22]。在纳米微粒的表面存在着许多悬挂键、吸附类等,从而形成许多表面缺陷态。微粒受光激发后,光生载流子以极快的速度受限于表面缺陷态,产生表面态发光。微粒表面越完好,表面对载流子的陷获能力越弱,表面态发光就越弱。 (3)通过杂质能级复合发光。 对半导体纳米材料的研究开辟了人类认识世界的新层次,也开辟了材料科学研究的新领域。总的看来,半导体纳米材料的光学性能研究已取得了很大进展,人们已建立起了半导体纳米微粒中电子能态的理论模型,在材料的线性和非线性光学性能方面都开展了大量的工作,获得了很多有重要意义的成果。但是还有许多问题需要进一步深入研究,例如半导体纳米材料激子能级的理论结果与实验数据之间仍有差距,间接带隙半导体纳米材料的发光机理还有待研究,非线性光学性能的实验工作所涉及纳米材料的范围不够广,掺杂半导体纳米体系中杂质离子与基质间的相互作用还有许多新的物理内容需要揭示和探索等等。随着研究的进一步深入,一些与传统材料物理不同的新现象、新概念还会不断 纳米微粒制备方法研究进展 刘伟 （湘潭大学材料科学与工程学院，13材料二班，2013701025） 摘要:纳米微粒一般是指粒径在1nm到100nm之间,处在原子簇和宏观物体交接区域内的粒子,或聚集数从十到几百范围的物质。纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特点，因而有许多与传统的晶体和非晶体不同的独特性质，也与组成它们的分子或原子差异很大，在材料学、物理学、化学、催化、环境保护、生物医学等领域具有十分广阔的应用前景。本文综述目前纳米微粒的主要的制备方法, 比较和评述了每种方法的特点,以期这一新材料能得以更为深入地研究和更广泛地应用。 关键词:纳米微粒；制备；方法 1.引言 纳米微粒的制备方法从物料的状态来分，可归纳为固相法、液相法、气相法3大类；从物料是否发生化学反应而分为物理法、化学法及近年迅速发展的模板合成法、仿生法等；随着科技的不断发展及对不同物理、化学特性超微粒子的需求，又派生出许多新的技术，下面就着重介绍固相法、液相法和气相法。 2.固相法 固相法是一种传统的粉化工艺，具有成本低、产量高、制备工艺简单的优点。固相法分为固相机械粉碎法和固相反应法。固相机械粉碎法借用诸如搅拌磨、球磨机、气流磨、塔式粉碎机等多种粉碎机，利用介质和物料之间的相互研磨和冲击的原理，使物料粉碎，常用来制备微米级粒径的粉体颗粒。此法存在能耗大、颗粒粒径分布不均匀、易混入杂质、颗粒外貌不规则等缺点，因而较少用以制备纳米微粒。固相反应法是将固体反应物研细后直接混合，在研磨等机械作用下发生化学反应，然后通过后处理得到需要的纳米微粒。该方法一般要加入适量表面活性剂，所以有时也称湿固相反应。该方法具有工艺简单、产率高、颗粒粒子稳定化好、易操作等优点，尤其是可减少或避免液相中易团聚的现象。[4] 3.液相法 液相法是目前实验室和工业生产中较为广泛采用的方法。通常是让溶液中的不同分子或离子进行反应，产生固体产物。产物可以是单组分的沉淀，也可以是多组分的共沉淀。其涉及的反应也是多种多样的，常见的有:复分散反应、水解反应、还原反应、络合反应、聚合反应等。适当控制反应物的浓度、反应温度和搅拌速度，就能使固体产物的颗粒尺寸达到纳米级。液相法具有设备简单、原料易得、产物纯度高、化学组成可准确控制等优点。下面主要介绍其中的沉淀法和微乳液法。 3.1 沉淀法 沉淀法是液相法制备金属氧化物纳米微粒最早采用的方法。沉淀法基本过程是：可溶性化合物经沉淀或水解作用形成不溶性氢氧化物、水合氧化物或盐类而析出，经过滤、洗涤、煅烧得到纳米微粒粉末。沉淀法又分为均相沉淀法和共沉淀法。沉淀法工艺简单、成本低、反应时间短、反应温度低，易于实现工业化生产。但是，沉淀物通常为胶状物，水洗、过滤较困难；所制备的纳米微粒易发生团聚，难于制备粒径小的纳米微粒。沉淀剂容易作为杂质混入产物之中。此外，还由于大量金属不容易发生沉淀反应，因而这种方法适用面较窄。[3] 1.纳米材料？纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100 nm间的粒子。 2.纳米技术（Nanotechnology，简称Nanotech）是一门以现代科技为基础的前沿科学技术，是现代科学（量子力学、分子生物学等）和现代技术（微电子技术、计算机技术、高分辨显微术、核分析术等）相结合的产物，它在1～100nm的尺度研究利用原子、分子现象及其结构信息 3.激子（exciton）：描述了一对电子与空穴由静电库仑作用相互吸引而构成的束缚态，它可被看作是存在于绝缘体，半导体和某些液体中呈电中性的准粒子； 4.量子点（Quantum Dot）：是在把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。单电子晶体管将一个微结构用隧道结与金属导线弱连结起来形成的电子器件，它利用单电子隧道效应。其中阴影线部分代表连接库仑岛与金属导线的隧道结。 4.基本元件：量子位（qubit）-“0”和“1”的状态同时实现的元件。Orion”基于一块硅芯片，包含16个量子位(qubit)，可以同时表示0和1两个二元位(电子计算里不是0就是1)，而每一个量子位都能模拟其他量子位的值，从而提高计算能力。 5.量子计算机的优点:(1) 计算速度快：计算速度可提高10亿倍,1个400位长的数分解成质数乘积,采用巨型机需10亿年,用量子计算机只要一年；(2) 量子位储存能力大大提高；(3) 可完成一些传统计算机无法完成的计算。高效率模拟、模拟量子系统， 40个自旋1/2粒子体系；低能耗：量子计算机计算是么正变换，是可逆的。 6.量子计算机存在的问题(1) 受环境影响大，纠错复杂；(2) 消相干效应：量子信号与外部环境发生相互作用，导致量子相关性的衰减，使相干性很难维持；(3) 克服消相干效应是量子计算机要克服的主要困难；(4) 消相干还会导致运算结果出错，如何进行量子纠错是量子计算机要克服的另一困难。 7.【碳纳米管】CNT是由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径可达1 nm。CNT 优势:? 载流子迁移率~ 100,000 cm2/Vs? 杨氏模量超过1 Tera Pascal, 跟钻石硬度差不多;3. 抗胀强度~ 200 https://www.doczj.com/doc/6917908645.html,T可以呈现金属性或半导体性，这取决与chirality.碳纳米管具有良好的导电性能，理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。石墨烯即为“单层石墨片”，是构成石墨的基本结构单元；而碳纳米管是由石墨半导体纳米材料的制备方法
纳米半导体材料在微电子技术中的应用探究
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半导体纳米晶
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