[NSFC]碳基无掺杂纳电子器件和集成电路
集成电路分析与设计
第一章集成电路的发展1.何谓集成电路(Integrated Circuits)？集成电路:指通过一系列特定的加工工艺, 将晶体管,二极管等有源器件和电阻,电容,电感等无源器件,按照一定的电路互连,”集成”在一块半导体晶片上,封装在一个外壳内,执行特定电路或系统功能的一种器件.2.什么是摩尔定律(Moore’s Law)？它对集成电路的发展有什么作用？集成度：大约每三年翻两番，特征尺寸：每六年缩小近一倍事实上，摩尔定律并不是一个物理定律，而是一种预言，一张时间表。
它鞭策半导体产业界不断进步，并努力去实现它。
从根本上讲，摩尔定律是一种产业自我激励的机制，它让人们无法抗拒，并努力追赶，谁跟不上，谁就可能被残酷地淘汰。
摩尔定律已成为一盏照亮全球半导体产业前进方向的明灯。
3.IC发展水平的指标是什么？随着IC工业的发展，这些指标如何变化？集成规模(Integration scale)和特征尺寸(Feature size) 单个芯片上已经可以制作含有几百万个晶体管的一个完整的数字系统或数模混合的电子系统，集成电路的特征尺寸也已发展到深亚微米水平，0.18μm工艺已经走向规模化生产.4.什么是IDM、Fabless和Foundry？理解他们之间的关系。
IDM:集成电路发展的前三十年中，设计、制造和封装都是集中在半导体生产厂家内进行的，称之为一体化制造(IDM，Integrated Device Manufacturer)的集成电路实现模式。
无生产线（Fabless）集成电路设计提供了条件，为微电子领域发展知识经济提供了条件。
Fabless:1.设计公司拥有设计人才和设计技术，但不拥有生产线2.芯片设计公司不拥有生产线而存在和发展，而芯片制造单位致力于工艺实现(代客户加工，简称代工)3.设计单位与代工单位以信息流和物流的渠道建立联系Foundry:Foundry(代客户加工)第二章PN结的形成1.P型、N型半导体的形成及其能带结构图（EF与掺杂的关系）在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，此时自由电子和空穴浓度远远小于由于掺杂带来的空穴浓度,因此自由电子的导电基本可以忽略,这样的半导体叫做P型半导体。
碳纳米管场效应晶体管的设计
4. 2006 年Bae-Horng Chen 等提出了一种双栅 (底栅+顶栅)结构的、 SWCNT 沟道导电类型可 调的CNT-FET。在980℃ 下通过湿法氧化获得600 nm 的栅氧化层, 低PECVD 法沉积200 nm 的氧化层或 氮化硅层, 150 nm 的源漏 和栅电钛(Ti)极是利用RF 溅射法制备。
垂直结构CNTFET 的理想 源漏电流电压特性
3. 2004 年中国科学院 物理研究所的梁迎新等 提出了1 种双DWCNTFET, 用低电导率的 DWCNT内壁(直径1.34 nm)作为栅, 高电导率的 DWCNT 外壁(直径1.73 nm)作为导电沟道。
理论上器件的关断 (OFF)电流为0.03 μA, 开 启(On)电流为14 μA 。然 而, 这DWCNT-FET 结构 虽然具有一定的结构新颖 性和一定的理论研究意义, 但在实际制备时内外壁栅 极定位难以实现, 基本没 有实用化的可能性。
虽然纳米线和纳米管电路的发展还面临着许多的困难, 但是我们有理由相信: 在不久的将来, 随着纳米线和 纳米管制备、定位以及相关理论等问题的解决, 纳米 电路必将淘汰传统的半导体电路, 其必将引起信息技 术, 特别是微电子技术的重大变革和发展, 从而电子 学将在真正意义上从微电子时代进入纳电子时代。
典型碳纳米管分立器件结构
1. 荷兰代尔夫特工业大学 Tans S J 等于1998 年首次 提出利用碳纳米管制成的 场效应晶体管。 特点描述：硅衬底做背栅 (衬底上通过热氧化生长1 层厚300 nm 的SiO2 层), 然后制备Pt 作电极, 再利用 自组装技术将半导体型的 单根单壁碳纳米管搭接Pt 电极上, 从而构建单壁碳纳 米管场效应晶体管结构。
碳纳米管场效应晶 体管的设计
国家自然科学基金申请代码
国家自然科学基金申请代码E.工程与材料科学部E01金属材料E0101 金属结构材料E010101新型金属结构材料E010102钢铁和有色合金结构材料E0102 金属基复合材料E010201纤维、颗粒增强金属基复合材料E010202新型金属基复合材料E0103 金属非晶态、准晶和纳米晶材料E010301非晶态金属材料E010302纳米晶金属材料E010303新型亚稳金属材料E0104 极端条件下使用的金属材料E0105 金属功能材料E010501金属磁性材料E010502 金属智能材料E010503 新型金属功能材料E0106金属材料的合金相、相变及合金设计E010601金属材料的合金相图E010602金属材料的合金相变E010603金属材料的合金设计E0107 金属材料的微观结构E010701 金属的晶体结构与缺陷及其表征方法E010702金属材料的界面问题E0108 金属材料的力学行为E010801 金属材料的形变与损伤E010802 金属材料的疲劳与断裂E010803 金属材料的强化与韧化E0109 金属材料的凝固与结晶学E010901 金属的非平衡凝固与结晶E010902 金属的凝固行为与结晶理论E0110 金属材料表面科学与工程E011001 金属材料表面的组织、结构与性能E011002 金属材料表面改性及涂层E0111 金属材料的腐蚀与防护E011101 金属常温腐蚀与防护E011102 金属高温腐蚀与防护E0112 金属材料的磨损与磨蚀E011201 金属材料的摩擦磨损E011202 金属材料的磨蚀E0113 金属材料的制备科学与跨学科应用基础E02无机非金属材料E0201人工晶体E0202玻璃材料E020201特种玻璃材料E020202传统玻璃材料E0203结构陶瓷E020301先进结构陶瓷E020302陶瓷基复合材料E0204功能陶瓷E020401精细功能陶瓷E020402压电与铁电陶瓷材料E020403生物陶瓷与生物材料E020404功能类陶瓷复合材料E0205水泥与耐火材料E020501新型水泥材料E020502新型耐火材料E0206碳素材料与超硬材料E020601高性能碳素材料E020602金刚石及其他超硬材料E020603新型碳功能材料E0207无机非金属类光电信息与功能材料E020701微电子与光电子材料E020702发光及显示材料E020703特种无机涂层与薄膜E0208无机非金属基复合材料E020801复合材料的制备E020802强化与增韧理论E020803界面物理与界面化学E0209半导体材料E0210无机非金属类电介质与电解质材料E0211无机非金属类高温超导与磁性材料E021101高温超导材料E021102磁性材料及巨磁阻材料E0212古陶瓷与传统陶瓷E0213其他无机非金属材料E021301生态环境材料E021302无机非金属材料设计及相图E021303无机非金属智能材料E03有机高分子材料E0301塑料E030101设计与制备E030102高性能塑料与工程塑料E0302橡胶及弹性体E030201设计与制备E030202高性能橡胶E030203热塑弹性体E0303纤维E030301设计与制备E030302高性能纤维与特种合成纤维E030303仿生与差别化纤维E0304涂料E0305粘合剂E0306高分子助剂E0307聚合物共混与复合材料E030701材料的设计与制备E030702高性能基体树脂E030703纳米复合E030704增强与增韧E0308特殊与极端环境下的高分子材料E0309有机高分子功能材料E030901光电磁信息功能材料E030902分离与吸附材料E030903感光材料E030904自组装有机材料与图形化E030905有机无机复合功能材料E030906纳米效应与纳米技术E0310生物医用高分子材料E031001组织工程材料E031002载体与缓释材料E031003植入材料E0311智能材料E0312仿生材料E0313高分子材料与环境E031301天然高分子材料E031302环境友好高分子材料E031303高分子材料的循环利用与资源化E031304高分子材料的稳定与老化E0314高分子材料结构与性能E031401结构与性能关系E031402高分子材料的表征与评价E031403高分子材料的表面与界面E0315高分子材料的加工与成型E031501加工与成型中的化学与物理问题E031502加工与成型新原理、新方法E04冶金与矿业E0401金属与非金属地下开采E0402 煤炭地下开采E0403 石油天然气开采E0404 化石能源储存与输送E0405 露天开采与边坡工程E0406 海洋、空间及其他矿物资源开采与利用E0407 钻井工程与地热开采E0408地下空间工程E0409 矿山岩体力学与岩层控制E0410安全科学与工程E041001 通风与防尘E041002 突水与防灭火E041003 岩爆与瓦斯灾害E041004 安全检测与监控E0411 矿物工程与物质分离科学E041101 工艺矿物学与粉碎工程学E041102 矿物加工工程E041103 物理方法分离E041104 化学方法分离E041105 矿物材料与应用E0412 冶金物理化学与冶金原理E041201 火法冶金E041202 湿法冶金E041203 电（化学）冶金与电池电化学E041204 冶金熔体(溶液)E041205 冶金物理化学研究方法与测试技术E0413 冶金化工与冶金反应工程学E0414 钢铁冶金E0415 有色金属冶金E041501轻金属E041502重金属E041503稀有金属E041504贵金属等分离提取E0416材料冶金过程工程E041601 材料冶金物理化学E041602 金属净化与提纯E041603 熔化、凝固过程与控制E041604 金属成形与加工E041605 应变冶金E041606 喷射与喷涂冶金E041607 焊接冶金E041608电磁冶金E0417 粉末冶金与粉体工程E0418特殊冶金、外场冶金与冶金新理论、新方法E0419资源循环科学E0420 矿冶生态与环境工程E042001 矿山复垦与生态恢复E042002 矿冶环境污染评测与控制E042003有害辐射等污染的防治E042004 绿色冶金与增值冶金E0421矿冶装备工艺原理E0422 资源利用科学及其他E042201 短流程新技术E042202 冶金耐火与保温材料E042203 交叉学科与新技术E042204 冶金计量、测试与标准E042205 矿冶系统工程与信息工程E042206 冶金燃烧与节能工程E042207冶金史及古代矿物科学E05机械工程E0501机构学与机器人E050101机构学与机器组成原理E050102 机构运动学与动力学E050103 机器人机械学E0502 传动机械学E050201 机械传动E050202 流体传动E050203 复合传动E0503 机械动力学E050301 振动/噪声测试、分析与控制E050302 机械系统动态监测、诊断与维护E050303 机械结构与系统动力学E0504 机械结构强度学E050401 机械结构损伤、疲劳与断裂E050402 机械结构强度理论与可靠性设计E050403 机械结构安全评定E0505机械摩擦学与表面技术E050501 机械摩擦、磨损与控制E050502 机械润滑、密封与控制E050503 机械表面效应与表面技术E050504 工程摩擦学与摩擦学设计E0506 机械设计学E050601 设计理论与方法E050602 概念设计与优化设计E050603 智能设计与数字化设计E050604 机械系统集成设计E0507 机械仿生学E050701 机械仿生原理E050702 仿生机械设计与制造E050703 人－机－环境工程学E0508零件成形制造E050801铸造工艺与装备E050802 塑性加工工艺、模具与装备E050803 焊接结构、工艺与装备E050804 近净成形与快速制造E0509 零件加工制造E050901 切削、磨削加工工艺与装备E050902 非传统加工工艺与装备E050903 超精密加工工艺与装备E050904 高能束加工工艺与装备E0510 制造系统与自动化E051001 数控技术与装备E051002 数字化制造与智能制造E051003 可重构制造系统E051004 可持续设计与制造E051005 制造系统调度、规划与管理E0511 机械测试理论与技术E051101 机械计量标准、理论与方法E051102 机械测试理论、方法与技术E051103 机械传感器技术与测试仪器E051104 机械制造过程监测与控制E0512 微/纳机械系统E051201 微/纳机械驱动器与执行器件E051202 微/纳机械传感与控制E051203 微/纳制造过程检测与控制E051204 微/纳机械系统组成原理与集成E06工程热物理与能源利用E0601 工程热力学E060101 热力学基础E060102 热力过程与热力循环E060103 能源利用系统与评价E060104 节能与储能中的工程热物理问题E060105 制冷E060106 热力系统动态特性、诊断与控制E0602 内流流体力学E060201 黏性流动与湍流E060202 动力装置内部流动E060203 流体机械内部流动E060204 流体噪声与流固耦合E0603 传热传质学E060301 热传导E060302 辐射换热E060303 对流传热传质E060304 相变传递过程E060305 微观传递过程E0604 燃烧学E060401 层流火焰和燃烧反应动力学E060402 湍流火焰E060403 煤与其他固体燃料的燃烧E060404 气体、液体燃料燃烧E060405 动力装置中的燃烧E060406 特殊环境与条件下燃烧E060407 燃烧污染物生成和防治E060408 火灾E0605 多相流热物理学E060501 离散相动力学E060502 多相流流动E060503 多相流传热传质E060504 气固两相流E0606 热物性与热物理测试技术E060601 流体热物性E060602 固体材料热物性E060603 单相与多相流动测试技术E060604 传热传质测试技术E060605 燃烧测试技术E0607 可再生与替代能源利用中的工程热物理问题E060701 太阳能利用中的工程热物理问题E060702 生物质能利用中的工程热物理问题E060703 风能利用中的工程热物理问题E060704 水能、海洋能、潮汐能利用中的工程热物理问题E060705 地热能利用中的工程热物理问题E060706 氢能利用中的工程热物理问题E0608 工程热物理相关交叉领域E07电气科学与工程E0701 电磁场与电路E070101 电磁场分析与综合E070102 电网络理论E070103 静电理论与技术E070104 电磁测量与传感E0702 电工材料特性及其应用E070201 工程电介质特性与测量E070202 绝缘与功能电介质材料的应用基础E0703 电机与电器E070301 电弧与电接触E070302 电器E070303 电机及其系统E0704 电力系统E070401 电力系统分析E070402 电力系统控制E070403 电力系统保护E0705 高电压与绝缘E070501 高电压与大电流E070502 电气设备绝缘E070503 过电压及其防护E0706 电力电子学E070601 电力电子器件及其应用E070602 电力电子系统及其控制E0707 脉冲功率技术E0708 气体放电与放电等离子体技术E0709 电磁环境与电磁兼容E0710 超导电工学E0711 生物电磁技术E0712 电能储存与节电技术E08建筑环境与结构工程E0801建筑学E080101建筑设计与理论E080102建筑历史与理论E0802城乡规划E080201城乡规划设计与理论E080202 风景园林规划设计与理论E0803建筑物理E080301建筑热环境E080302建筑光环境E080303建筑声环境E0804环境工程E080401给水处理E080402污水处理与资源化E080403城镇给排水系统E080404城镇固体废弃物处置与资源化E080405空气污染治理E080406城市受污染水环境的工程修复E0805 结构工程E080501 混凝土结构与砌体结构E080502钢结构与空间结构E080503 组合结构与混合结构E080504 新型结构与新材料结构E080505 桥梁工程E080506 地下工程与隧道工程E080507 结构分析、计算与设计理论E080508 结构实验方法与技术E080509 结构健康监测E080510 既有结构性能评价与修复E080511 混凝土结构材料E080512 土木工程施工与管理E0806 岩土与基础工程E080601地基与基础工程E080602岩土工程减灾E080603 环境岩土工程E0807 交通工程E080701交通规划理论与方法E080702 交通环境工程E080703 道路工程E080704 铁道工程E0808防灾工程E080801 地震工程E080802 风工程E080803 结构振动控制E080804 工程防火E080805 城市与生命线工程防灾E09水利科学与海洋工程E0901 水文、水资源E090101 洪涝和干旱与减灾E090102 水文过程和模型及预报E090103 流域水循环与流域综合管理E090104 水资源分析与管理E0902 E090105农业水利水资源开发与利用E090201 农业水循环与利用E090202 灌溉与排水E090203 灌排与农业生态环境E0903 水环境与生态水利E090301 水环境污染与修复E090302 农业非点源污染与劣质水利用E090303水利工程对生态与环境的影响E0904 河流海岸动力学与泥沙研究E090401 泥沙动力学E090402流域泥沙运动过程E090403 河流泥沙及演变E090404 河口泥沙与演变E090405工程泥沙E0905水力学与水信息学E090501 工程水力学E090502 地下与渗流水力学E090503 地表与河道水力学E090504 水信息学与数字流域E0906 水力机械及其系统E090601 水力机械的流动理论E090602 空蚀和磨损及多相流E090603 电站和泵站系统E090604 监测和诊断及控制E0907 岩土力学与岩土工程E090701 岩土体本构关系与数值模拟E090702岩土体试验、现场观测与分析E090703 软基与岩土体加固和处理E090704 岩土体渗流及环境效应E090705 岩土体应力变形及灾害E0908水工结构和材料及施工E090801 水工结构动静力性能分析与控制E090802 水工结构实验、观测与分析E090803 E090804水工和海工材料水工施工及管理E0909 海岸工程E090901 海岸工程的基础理论E090902 河口和海岸污染与治理E090903 港口航道及海岸建筑物E090904 海岸防灾与河口治理E0910 海洋工程E091001 海洋工程的基础理论E091002 船舶和水下航行器E091003 海洋建筑物与水下工程E091004 海上作业与海事保障E091005 海洋资源开发利用国家自然科学基金申请代码E.工程与材料科学部E01金属材料E0101 金属结构材料E010101新型金属结构材料E010102钢铁和有色合金结构材料E0102 金属基复合材料E010201纤维、颗粒增强金属基复合材料E010202新型金属基复合材料E0103 金属非晶态、准晶和纳米晶材料E010301非晶态金属材料E010302纳米晶金属材料E010303新型亚稳金属材料E0104 极端条件下使用的金属材料E0105 金属功能材料E010501金属磁性材料E010502 金属智能材料E010503 新型金属功能材料E0106金属材料的合金相、相变及合金设计E010601金属材料的合金相图E010602金属材料的合金相变E010603金属材料的合金设计E0107 金属材料的微观结构E010701 金属的晶体结构与缺陷及其表征方法E010702金属材料的界面问题E0108 金属材料的力学行为E010801 金属材料的形变与损伤E010802 金属材料的疲劳与断裂E010803 金属材料的强化与韧化E0109 金属材料的凝固与结晶学E010901 金属的非平衡凝固与结晶E010902 金属的凝固行为与结晶理论E0110 金属材料表面科学与工程E011001 金属材料表面的组织、结构与性能E011002 金属材料表面改性及涂层E0111 金属材料的腐蚀与防护E011101 金属常温腐蚀与防护E011102 金属高温腐蚀与防护E0112 金属材料的磨损与磨蚀E011201 金属材料的摩擦磨损E011202 金属材料的磨蚀E0113 金属材料的制备科学与跨学科应用基础E02无机非金属材料E0201人工晶体E0202玻璃材料E020201特种玻璃材料E020202传统玻璃材料E0203结构陶瓷E020301先进结构陶瓷E020302陶瓷基复合材料E0204功能陶瓷E020401精细功能陶瓷E020402压电与铁电陶瓷材料E020403生物陶瓷与生物材料E020404功能类陶瓷复合材料E0205水泥与耐火材料E020501新型水泥材料E020502新型耐火材料E0206碳素材料与超硬材料E020601高性能碳素材料E020602金刚石及其他超硬材料E020603新型碳功能材料E0207无机非金属类光电信息与功能材料E020701微电子与光电子材料E020702发光及显示材料E020703特种无机涂层与薄膜E0208无机非金属基复合材料E020801复合材料的制备E020802强化与增韧理论E020803界面物理与界面化学E0209半导体材料E0210无机非金属类电介质与电解质材料E0211无机非金属类高温超导与磁性材料E021101高温超导材料E021102磁性材料及巨磁阻材料E0212古陶瓷与传统陶瓷E0213其他无机非金属材料E021301生态环境材料E021302无机非金属材料设计及相图E021303无机非金属智能材料E03有机高分子材料E0301塑料E030101设计与制备E030102高性能塑料与工程塑料E0302橡胶及弹性体E030201设计与制备E030202高性能橡胶E030203热塑弹性体E0303纤维E030301设计与制备E030302高性能纤维与特种合成纤维E030303仿生与差别化纤维E0304涂料E0305粘合剂E0306高分子助剂E0307聚合物共混与复合材料E030701材料的设计与制备E030702高性能基体树脂E030703纳米复合E030704增强与增韧E0308特殊与极端环境下的高分子材料E0309有机高分子功能材料E030901光电磁信息功能材料E030902分离与吸附材料E030903感光材料E030904自组装有机材料与图形化E030905有机无机复合功能材料E030906纳米效应与纳米技术E0310生物医用高分子材料E031001组织工程材料E031002载体与缓释材料E031003植入材料E0311智能材料E0312仿生材料E0313高分子材料与环境E031301天然高分子材料E031302环境友好高分子材料E031303高分子材料的循环利用与资源化E031304高分子材料的稳定与老化E0314高分子材料结构与性能E031401结构与性能关系E031402高分子材料的表征与评价E031403高分子材料的表面与界面E0315高分子材料的加工与成型E031501加工与成型中的化学与物理问题E031502加工与成型新原理、新方法E04冶金与矿业E0401金属与非金属地下开采E0402 煤炭地下开采E0403 石油天然气开采E0404 化石能源储存与输送E0405 露天开采与边坡工程E0406 海洋、空间及其他矿物资源开采与利用E0407 钻井工程与地热开采E0408地下空间工程E0409 矿山岩体力学与岩层控制E0410安全科学与工程E041001 通风与防尘E041002 突水与防灭火E041003 岩爆与瓦斯灾害E041004 安全检测与监控E0411 矿物工程与物质分离科学E041101 工艺矿物学与粉碎工程学E041102 矿物加工工程E041103 物理方法分离E041104 化学方法分离E041105 矿物材料与应用E0412 冶金物理化学与冶金原理E041201 火法冶金E041202 湿法冶金E041203 电（化学）冶金与电池电化学E041204 冶金熔体(溶液)E041205 冶金物理化学研究方法与测试技术E0413 冶金化工与冶金反应工程学E0414 钢铁冶金E0415 有色金属冶金E041501轻金属E041502重金属E041503稀有金属E041504贵金属等分离提取E0416材料冶金过程工程E041601 材料冶金物理化学E041602 金属净化与提纯E041603 熔化、凝固过程与控制E041604 金属成形与加工E041605 应变冶金E041606 喷射与喷涂冶金E041607 焊接冶金E041608电磁冶金E0417 粉末冶金与粉体工程E0418特殊冶金、外场冶金与冶金新理论、新方法E0419资源循环科学E0420 矿冶生态与环境工程E042001 矿山复垦与生态恢复E042002 矿冶环境污染评测与控制E042003有害辐射等污染的防治E042004 绿色冶金与增值冶金E0421矿冶装备工艺原理E0422 资源利用科学及其他E042201 短流程新技术E042202 冶金耐火与保温材料E042203 交叉学科与新技术E042204 冶金计量、测试与标准E042205 矿冶系统工程与信息工程E042206 冶金燃烧与节能工程E042207冶金史及古代矿物科学E05机械工程E0501机构学与机器人E050101机构学与机器组成原理E050102 机构运动学与动力学E050103 机器人机械学E0502 传动机械学E050201 机械传动E050202 流体传动E050203 复合传动E0503 机械动力学E050301 振动/噪声测试、分析与控制E050302 机械系统动态监测、诊断与维护E050303 机械结构与系统动力学E0504 机械结构强度学E050401 机械结构损伤、疲劳与断裂E050402 机械结构强度理论与可靠性设计E050403 机械结构安全评定E0505机械摩擦学与表面技术E050501 机械摩擦、磨损与控制E050502 机械润滑、密封与控制E050503 机械表面效应与表面技术E050504 工程摩擦学与摩擦学设计E0506 机械设计学E050601 设计理论与方法E050602 概念设计与优化设计E050603 智能设计与数字化设计E050604 机械系统集成设计E0507 机械仿生学E050701 机械仿生原理E050702 仿生机械设计与制造E050703 人－机－环境工程学E0508零件成形制造E050801铸造工艺与装备E050802 塑性加工工艺、模具与装备E050803 焊接结构、工艺与装备E050804 近净成形与快速制造E0509 零件加工制造E050901 切削、磨削加工工艺与装备E050902 非传统加工工艺与装备E050903 超精密加工工艺与装备E050904 高能束加工工艺与装备E0510 制造系统与自动化E051001 数控技术与装备E051002 数字化制造与智能制造E051003 可重构制造系统E051004 可持续设计与制造E051005 制造系统调度、规划与管理E0511 机械测试理论与技术E051101 机械计量标准、理论与方法E051102 机械测试理论、方法与技术E051103 机械传感器技术与测试仪器E051104 机械制造过程监测与控制E0512 微/纳机械系统E051201 微/纳机械驱动器与执行器件E051202 微/纳机械传感与控制E051203 微/纳制造过程检测与控制E051204 微/纳机械系统组成原理与集成E06工程热物理与能源利用E0601 工程热力学E060101 热力学基础E060102 热力过程与热力循环E060103 能源利用系统与评价E060104 节能与储能中的工程热物理问题E060105 制冷E060106 热力系统动态特性、诊断与控制E0602 内流流体力学E060201 黏性流动与湍流E060202 动力装置内部流动E060203 流体机械内部流动E060204 流体噪声与流固耦合E0603 传热传质学E060301 热传导E060302 辐射换热E060303 对流传热传质E060304 相变传递过程E060305 微观传递过程E0604 燃烧学E060401 层流火焰和燃烧反应动力学E060402 湍流火焰E060403 煤与其他固体燃料的燃烧E060404 气体、液体燃料燃烧E060405 动力装置中的燃烧E060406 特殊环境与条件下燃烧E060407 燃烧污染物生成和防治E060408 火灾E0605 多相流热物理学E060501 离散相动力学E060502 多相流流动E060503 多相流传热传质E060504 气固两相流E0606 热物性与热物理测试技术E060601 流体热物性E060602 固体材料热物性E060603 单相与多相流动测试技术E060604 传热传质测试技术E060605 燃烧测试技术E0607 可再生与替代能源利用中的工程热物理问题E060701 太阳能利用中的工程热物理问题E060702 生物质能利用中的工程热物理问题E060703 风能利用中的工程热物理问题E060704 水能、海洋能、潮汐能利用中的工程热物理问题E060705 地热能利用中的工程热物理问题E060706 氢能利用中的工程热物理问题E0608 工程热物理相关交叉领域E07电气科学与工程E0701 电磁场与电路E070101 电磁场分析与综合E070102 电网络理论E070103 静电理论与技术E070104 电磁测量与传感E0702 电工材料特性及其应用E070201 工程电介质特性与测量E070202 绝缘与功能电介质材料的应用基础E0703 电机与电器E070301 电弧与电接触E070302 电器E070303 电机及其系统E0704 电力系统E070401 电力系统分析E070402 电力系统控制E070403 电力系统保护E0705 高电压与绝缘E070501 高电压与大电流E070502 电气设备绝缘E070503 过电压及其防护E0706 电力电子学E070601 电力电子器件及其应用E070602 电力电子系统及其控制E0707 脉冲功率技术E0708 气体放电与放电等离子体技术E0709 电磁环境与电磁兼容E0710 超导电工学E0711 生物电磁技术E0712 电能储存与节电技术E08建筑环境与结构工程E0801建筑学E080101建筑设计与理论E080102建筑历史与理论E0802城乡规划E080201城乡规划设计与理论E080202 风景园林规划设计与理论E0803建筑物理E080301建筑热环境E080302建筑光环境E080303建筑声环境E0804环境工程E080401给水处理E080402污水处理与资源化E080403城镇给排水系统E080404城镇固体废弃物处置与资源化E080405空气污染治理E080406城市受污染水环境的工程修复E0805 结构工程E080501 混凝土结构与砌体结构E080502钢结构与空间结构E080503 组合结构与混合结构E080504 新型结构与新材料结构E080505 桥梁工程E080506 地下工程与隧道工程E080507 结构分析、计算与设计理论E080508 结构实验方法与技术E080509 结构健康监测E080510 既有结构性能评价与修复E080511 混凝土结构材料E080512 土木工程施工与管理E0806 岩土与基础工程E080601地基与基础工程E080602岩土工程减灾E080603 环境岩土工程E0807 交通工程E080701交通规划理论与方法E080702 交通环境工程E080703 道路工程E080704 铁道工程E0808防灾工程E080801 地震工程E080802 风工程E080803 结构振动控制E080804 工程防火E080805 城市与生命线工程防灾E09水利科学与海洋工程E0901 水文、水资源E090101 洪涝和干旱与减灾E090102 水文过程和模型及预报E090103 流域水循环与流域综合管理E090104 水资源分析与管理E0902 E090105农业水利水资源开发与利用E090201 农业水循环与利用E090202 灌溉与排水E090203 灌排与农业生态环境E0903 水环境与生态水利E090301 水环境污染与修复E090302 农业非点源污染与劣质水利用E090303水利工程对生态与环境的影响E0904 河流海岸动力学与泥沙研究E090401 泥沙动力学E090402流域泥沙运动过程E090403 河流泥沙及演变E090404 河口泥沙与演变E090405工程泥沙E0905水力学与水信息学E090501 工程水力学E090502 地下与渗流水力学E090503 地表与河道水力学E090504 水信息学与数字流域E0906 水力机械及其系统E090601 水力机械的流动理论E090602 空蚀和磨损及多相流E090603 电站和泵站系统E090604 监测和诊断及控制E0907 岩土力学与岩土工程E090701 岩土体本构关系与数值模拟E090702岩土体试验、现场观测与分析E090703 软基与岩土体加固和处理E090704 岩土体渗流及环境效应E090705 岩土体应力变形及灾害E0908水工结构和材料及施工E090801 水工结构动静力性能分析与控制E090802 水工结构实验、观测与分析E090803 E090804水工和海工材料水工施工及管理E0909 海岸工程E090901 海岸工程的基础理论E090902 河口和海岸污染与治理E090903 港口航道及海岸建筑物E090904 海岸防灾与河口治理E0910 海洋工程E091001 海洋工程的基础理论E091002 船舶和水下航行器E091003 海洋建筑物与水下工程E091004 海上作业与海事保障E091005 海洋资源开发利用。
大学生创新创业训练计划项目结题报告
一种集成式自供电纳米化学传感器的设计和制作项目成员：何旺球（1426410514）王鹏云1426410408 陶俊贤1326410232 黄家仪1326410116指导教师：祝元坤摘要：本项目以石墨烯作为基本功能单元，设计并制备一种新型的集成式化学分子驱动自供电传感器件；超薄二维纳米材料（石墨烯）作为基本功能单元制备新一代的自供电传感器件，使器件能感受到环境中化学分子状态的改变而输出电信号。
石墨烯部分被聚合物薄膜所覆盖且另一部分暴露，当器件接触极性分子时，可以产生明显的电信号。
因此，本项目的研究具有一定应用前景和重要学术价值。
该类自供电传感器件可能应用于生产微型纳米传感器，具有自主创新知识产权。
1引言近年来，随着纳米材料及纳米科学技术研究的不断深入，各种微纳电子器件不断被研究开发，并在军事、生物医学、环境监测等领域展现出十分诱人的应用前景[1]。
微纳电子器件不仅尺寸小，而且具有功耗低、速度快、易于大规模集成、可移动等特点，但微纳电子器件需要有微尺度电源系统来供给电能，来维持正常工作。
随着电子产品小型化，亟待开发即能为之提供能量并且小、轻、具有柔性的自供电传感器件。
如果微电源器件能够持续收集环境中的能量并转换为电能，将会永久性解决电池耗尽的问题。
因此，开发具有能量转换功能的微电源，并与传感器等器件集成构建自供电系统，是非常迫切的。
可穿戴、物联网、智慧城市等新兴产业的发展将推动微纳电子器件市场的迅速发展，牵引微电源产品的技术变革和不断创新。
微纳自供电器件是当今的研究热点，目前的研究集中在以下几点：1）不断提高能量转换效率。
如何在减小尺寸的同时保持高的能量转换效率，需要新材料和新工艺。
2）具有柔韧性。
未来可穿戴、可移植等器件的发展需要柔性的器件与之配套。
3）易于集成。
为满足自供电、自供能驱动等系统的需求，微电源器件应易于和传感器等进行集成。
4）可从环境中持续捕获能量。
微电源器件不仅要有能量存储功能，还要能持续将环境中的能量转换为电能。
碳基微芯复合技术
碳基微芯复合技术
碳基微芯复合技术是一种融合碳材料和微芯制备技术的创新解决方案。
该技术将碳基材料与微芯技术相结合，以实现新型功能材料的制备和应用。
碳基材料的特点包括高强度、轻质、导电、导热、化学稳定性以及优异的机械性能等。
与此同时，微芯技术是一种高精密制造技术，可以在微米尺度上精确控制材料的结构和性质。
碳基微芯复合技术通过将这两种技术融合，使得碳材料的性能得以进一步改善和优化，并且可以创造出具备新颖功能和优势的复合材料。
碳基微芯复合技术的应用领域非常广泛，其中一些重要的应用包括：
1. 能源领域：利用碳基微芯复合技术可以制备高性能电池、超级电容器和燃料电池等能源材料。
这些材料具有高能量密度、高效率和长寿命等特点，为能源存储和转换提供了新的解决方案。
2. 纳米电子学：碳基微芯复合技术可以用于制备纳米尺度的电子元件和器件。
这些器件具有较小的尺寸、高速度和低功耗等特点，可应
用于微电子器件、光电子器件和传感器等领域。
3. 材料强化：通过在碳基材料中引入微芯结构，可以加强其机械性能和导电性能，从而提高材料的强度、刚度和导电能力。
该技术可应用于航空航天、汽车制造和建筑等领域，提高材料的性能和可持续性。
4. 生物医学：碳基微芯复合技术在生物医学领域具有广阔的应用前景。
可以制备用于生物传感、药物传递和组织工程等方面的新型材料。
此外，碳基微芯复合材料还可以用作生物医学成像和治疗的载体。
碳基微芯复合技术的不断发展为各个领域带来了新的机遇和挑战。
通过进一步研究和创新，我们可以探索更多应用领域，并推动碳基微芯复合技术在更广泛范围内的实际应用。
国家自然科学基金委信息学部的学科名称及代码
国家自然科学基金委信息学部的学科名称及代码F01 电子学与信息系统F0101信息理论与信息系统F010101信息论F010102信源编码与信道编码F010103通信网络与通信系统安全F010104网络服务理论与技术F010105信息系统建模与仿真F010106认知无线电F0102通信理论与系统F010201网络通信理论与技术F010202无线通信理论与技术F010203空天通信理论与技术F010204多媒体通信理论与技术F010205光、量子通信理论与系统F010206计算机通信理论与系统F0103信号理论与信号处理F010301多维信号处理F010302声信号分析与处理F010303雷达原理与技术F010304雷达信号处理F010305自适应信号处理F010306人工神经网络F0104信息处理方法与技术F010401图像处理F010402图像理解与识别F010403 多媒体信息处理F010404探测与成像系统F010405信息检测与估计F010406 智能信息处理F010407视觉信息获取与处理F010408遥感信息获取与处理F010409网络信息获取与处理F010410传感信息提取与处理电路与系统F010501电路设计理论与技术F010502电路故障检测理论与技术F010503电路网络理论F010504高性能电路F010505非线性电路系统理论与应用F010506功能集成电路与系统F010507功率电子技术与系统F010508射频技术与系统F010509电路与系统可靠性F0106电磁场与波F010601电磁场理论F010602计算电磁学F010603散射与逆散射F010604电波传播F010605天线理论与技术F010606毫米波与亚毫米波技术F010607微波集成电路与元器件F010608太赫兹电子技术F010609微波光子学F010610电磁兼容F010611瞬态电磁场理论与应用新型介质电磁特性与应用F0107物理电子学F010701真空电子学F010702量子、等离子体电子学F010703超导电子学F010704相对论电子学F010705纳电子学F010706表面和薄膜电子学F010707新型电磁材料与器件基础研究F010708分子电子学F010709有机、无机电子学F0108生物电子学与生物信息处理F010801电磁场生物效应F010802生物电磁信号检测与分析F010803生物分子信息检测与识别F010804生物细胞信号提取与分析F010805生物信息处理与分析F010806生物系统信息网络与分析F010807生物系统功能建模与仿真F010808仿生信息处理方法与技术F010809系统生物学理论与技术F010810医学信息检测方法与技术敏感电子学与传感器F010901机械传感机理与信息检测F010902气体、液体信息传感机理与检测F010903压电、光电信息传感机理与检测F010904生物信息传感机理与检测F010905微纳米传感器原理与集成F010906多功能传感器与综合技术F010907新型敏感材料特性与器件F010908新型传感器理论与技术F010909传感信息融合与处理F02计算机科学F0201计算机科学的基础理论F020101理论计算机科学F020102新型计算模型F020103计算机编码理论F020104算法及其复杂性F020105容错计算F020106形式化方法F020107机器智能基础理论与方法F0202计算机软件F020201软件理论与软件方法学F020202软件工程F020203程序设计语言及支撑环境F020204数据库理论与系统F020205系统软件F020206并行与分布式软件F020207实时与嵌入式软件F020208可信软件F0203计算机体系结构F020301计算机系统建模与模拟F020302计算机系统设计与性能评测F020303计算机系统安全与评估F020304并行与分布式处理F020305高性能计算与超级计算机F020306新型计算系统F020307计算系统可靠性F020308嵌入式系统F0204计算机硬件技术F020401测试与诊断技术F020402数字电路功能设计与工具F020403大容量存储设备与系统F020404输入输出设备与系统F020405高速数据传输技术F0205计算机应用技术F020501计算机图形学F020502计算机图像与视频处理F020503多媒体与虚拟现实技术F020504生物信息计算F020505科学工程计算与可视化F020506人机界面技术F020507计算机辅助技术F020508模式识别理论及应用F020509人工智能应用F020510信息系统技术F020511信息检索与评价F020512知识发现与知识工程F020513新应用领域中的基础研究F0206自然语言理解与机器翻译F020601计算语言学F020602语法分析F020603汉语及汉字信息处理F020604少数民族语言文字信息处理F020605机器翻译理论方法与技术F020606自然语言处理相关技术F0207信息安全F020701F020702安全体系结构与协议F020703信息隐藏F020704信息对抗F020705信息系统安全F0208计算机网络F020801计算机网络体系结构F020802计算机网络通信协议F020803网络资源共享与管理F020804网络服务质量F020805网络安全F020806网络环境下的协同技术F020807网络行为学与网络生态学F020808移动网络计算F020809传感网络协议与计算F03自动化F0301控制理论与方法F030101线性与非线性系统控制F030102过程与运动体控制F030103网络化系统分析与控制F030104离散事件动态系统控制F030105混杂与多模态切换系统控制时滞系统控制F030107随机与不确定系统控制F030108分布参数系统控制F030109采样与离散系统控制F030110递阶与分布式系统控制F030111量子与微纳系统控制F030112生物生态系统的调节与控制F030113最优控制F030114自适应与学习控制F030115鲁棒与预测控制F030116智能与自主控制F030117故障诊断与容错控制F030118系统建模、分析与综合F030119系统辨识与状态估计F030120系统仿真与评估F030121控制系统计算机辅助分析与设计F0302系统科学与系统工程F030201系统科学理论与方法F030202系统工程理论与方法F030203复杂系统及复杂网络理论与方法F030204系统生物学中的复杂性分析与建模F030205生物生态系统分析与计算机模拟社会经济系统分析与计算机模拟F030207管理与决策支持系统的理论与技术F030208管控一体化系统F030209智能交通系统F030210先进制造与产品设计F030211系统安全与防护F030212系统优化与调度F030213系统可靠性理论F0303导航、制导与传感技术F030301导航、制导与测控F030302被控量检测及传感器技术F030303生物信息检测及传感器技术F030304微弱信息检测与微纳传感器技术F030305多相流检测及传感器技术F030306软测量理论与方法F030307传感器网络与多源信息融合F030308多传感器集成系统F0304模式识别F030401模式识别基础F030402特征提取与选择F030403图像分析与理解F030404语音识别、合成与理解文字识别F030406生物特征识别F030407生物分子识别F030408目标识别与跟踪F030409网络信息识别与理解F030410机器视觉F030411模式识别系统及应用F0305人工智能与知识工程F030501人工智能基础F030502知识的表示、发现与获取F030503本体论与知识库F030504数据挖掘与机器学习F030505逻辑、推理与问题求解F030506神经网络基础及应用F030507进化算法及应用F030508智能Agent的理论与方法F030509自然语言理解与生成F030510智能搜索理论与算法F030511人机交互与人机系统F030512智能系统及应用F0306机器人学及机器人技术F030601机器人环境感知与路径规划F030602机器人导航、定位与控制F030603智能与自主机器人F030604微型机器人与特种机器人F030605仿生与动物型机器人F030606多机器人系统与协调控制F0307认知科学及智能信息处理F030701知觉与注意信息的表达和整合F030702学习与记忆过程的信息处理F030703感知、思维与语言模型F030704基于脑成像技术的认知功能F030705基于认知机理的计算模型及应用F030706脑机接口技术及应用F030707群体智能的演化与自适应F04半导体科学与信息器件F0401半导体晶体与薄膜材料F040101半导体晶体材料F040102非晶、多晶和微纳晶半导体材料F040103薄膜半导体材料F040104半导体异质结构和低维结构材料F040105SOI材料F040106半导体材料工艺设备的设计与研究F040107有机/无机半导体复合材料F040108有机/聚合物半导体材料F0402集成电路设计与测试F040201系统芯片SoC设计方法与IP复用技术F040202模拟/混合、射频集成电路设计F040203超深亚微米集成电路低功耗设计F040204集成电路设计自动化理论与CAD技术F040205纳米尺度CMOS集成电路设计理论F040206系统芯片SoC的验证与测试理论F040207MEMS/MCM/生物芯片建模与模拟F0403半导体光电子器件F040301半导体发光器件F040302半导体激光器F040303半导体光探测器F040304光集成和光电子集成F040305半导体成像与显示器件F040306半导体光伏材料与太阳电池F040307基于柔性衬底的光电子器件与集成F040308新型半导体光电子器件F040309光电子器件封装与测试F0404半导体电子器件F040401半导体传感器F040402半导体微波器件与集成F040403半导体功率器件与集成F040404半导体能量粒子探测器F040405半导体电子器件工艺及封装技术F040406薄膜电子器件与集成F040407新型半导体电子器件F0405半导体物理F040501半导体材料物理F040502半导体器件物理F040503半导体表面与界面物理F040504半导体中杂质与缺陷物理F040505半导体输运过程与半导体能谱F040506半导体低维结构物理F040507半导体光电子学F040508自旋学物理F040509半导体中新的物理问题F0406集成电路制造与封装F040601集成电路制造中的工艺技术与相关材料F040602GeSi/Si、SOI和应变Si等新结构集成电路F040603抗辐射集成电路F040604集成电路的可靠性与可制造性F040605芯片制造专用设备研制中的关键技术F040606先进封装技术与系统封装F040607纳米电子器件及其集成技术F0407半导体微纳机电器件与系统F040701微纳机电系统模型、设计与EDAF040702微纳机电系统工艺、封装、测试及可靠性F040703微纳机电器件F040704RF/微波微纳机电器件与系统F040705微纳光机电器件与系统F040706芯片微全分析系统F0408新型信息器件F040801纳米结构信息器件与纳电子技术F040802基于分子结构的信息器件F040803量子器件与自旋器件F040804超导信息器件F040805新原理信息器件F05光学和光电子学F0501光学信息获取与处理F050101光学计算和光学逻辑F050102光学信号处理与人工视觉F050103光存贮材料、器件及技术F050104光全息与数字全息技术F050105光学成像、图像分析与处理光电子显示材料、器件及技术F0502光子与光电子器件F050201有源器件F050202无源器件F050203功能集成器件F050204有机/聚合物光电子器件与光子器件F050205光探测材料与器件F050206紫外光电材料与器件F050207光子晶体及器件F050208光纤放大器与激光器F050209发光器件与光源F050210微纳光电子器件与光量子器件F050211光波导器件F050212新型光电子器件F0503传输与交换光子学F050301导波光学与光信息传输F050302光通信与光网络关键技术与器件F050303自由空间光传播与通信关键技术F050304光学与光纤传感材料、器件及技术F050305光纤材料及特种光纤F050306测试技术F050307光开关、光互连与光交换红外物理与技术F050401红外物理F050402红外辐射与物质相互作用F050403红外探测、传输与发射F050404红外探测材料与器件F050405红外成像光谱和信息识别F050406红外技术新应用F050407红外遥感和红外空间技术F050408太赫兹波技术及应用F0505非线性光学与量子光学F050501非线性光学效应及应用F050502光学频率变换F050503光量子计算、保密通讯与信息处理F050504光学孤子与非线性传播F050505强场与相对论的非线性光学F0506激光F050601激光物理F050602激光与物质相互作用F050603超快光子学与超快过程F050604固体激光器件F050605气体、准分子激光F050606自由电子激光与X射线激光新型激光器件F050608激光技术及应用F0507光谱技术F050701新型光谱分析法与设备F050702光谱诊断技术F050703超快光谱技术F0508应用光学F050801光学CAD与虚拟光学F050802薄膜光学F050803先进光学仪器F050804先进光学制造与检测F050805微小光学器件与系统F050806光度学与色度学F050807自适应光学及二元光学F050808光学测量中的标准问题F050809制造技术中的光学问题F0509光学和光电子材料F050901激光材料F050902非线性光学材料F050903功能光学材料F050904有机/无机光学复合材料F050905分子基光电子材料新光学材料F0510空间光学F051001空间光学遥感方法与成像仿真F051002空间目标光学探测与识别F051003深冷空间光学系统与深冷系统技术F051004空间激光应用技术F051005光学相控阵F0511大气与海洋光学F051101大气光学F051102激光遥感与探测F051103水色信息获取与处理F051104水下目标、海底光学探测与信息处理F051105海洋光学F0512生物、医学光子学F051201光学标记、探针与光学功能成像F051202单分子操控与显微成像技术F051203生命系统的光学效应及机理F051204光与生物组织相互作用F051205生物组织光谱技术及成像F051206新型医学光学诊疗方法与仪器F0513交叉学科中的光学问题。
电子与通信技术：集成电路工艺原理考试试题(题库版)
电子与通信技术：集成电路工艺原理考试试题（题库版）1、判断题对于大马士革工艺，重点是在于金属的刻蚀而不是介质的刻蚀。
正确答案：错2、判断题虽然直至今日我们仍普遍采用扩散区一词，但是硅片制造中已不再用杂质扩散来制作p（江南博哥）n结，取而代之的是离子注入。
正确答案：对3、判断题人员持续不断地进出净化间，是净化间沾污的最大来源。
正确答案：对4、问答题倒装焊芯片凸点的分类、结构特点及制作方法？正确答案：蒸镀焊料凸点：蒸镀焊料凸点有两种方法，一种是C4技术，整体形成焊料凸点；电镀焊料凸点：电镀焊料是一个成熟的工艺。
先整体形成UBM层并用作电镀的导电层，然后再用光刻胶保护不需要电镀的地方。
电镀形成了厚的凸点。
印刷焊料凸点：焊膏印刷凸点是一种广泛应用的凸点形成方法。
印刷凸点是采用模板直接将焊膏印在要形成凸点的焊盘上，然后经过回流而形成凸点钉头焊料凸点：这是一种使用标准的球形导线键合技术在芯片上形成的凸点方法。
可用Au丝线或者Pb基的丝线。
化学凸点：化学镀凸点是一种利用强还原剂在化学镀液中将需要镀的金属离子还原成该金属原子沉积在镀层表面形成凸点的方法。
5、问答题简要说明IC制造的平坦化工艺的作用是什么？主要有哪些方式？并解释各种方式的详细内容。
正确答案：在多层布线立体结构中，把成膜后的凸凹不平之处进行抛光研磨，使其局部或全局平坦化。
A.关于ECMP（电化学机械研磨方法），其工作步骤如下：首先，用电能使Cu氧化，再用络合剂使之生成Cu的络合物，最终研磨掉Cu络合物。
从对加工面进行研磨加工的原理观察，除了Cu的氧化方法之外，ECMP和CMP是同样的，而且加工面获得的平坦度性能也是同等水平。
但是，ECMP的必要条件是底座盘应具备导电性。
B.关于电解研磨ECP方法，利用电镀的逆反应。
从电场集中之处开始进行刻蚀，可获得平滑的研磨加工表面；但是，它能刻蚀平坦的区域只限于突起部分。
C.关于化学蚀刻CE构成的平坦化技术，它是把Si的精细加工等领域里使用的各向异性刻蚀用湿式刻蚀法实现的。
第七章_低介电常数薄膜材料
7.1.2 低介电常数材料的研究思路
根据电介质理论，介质的极化不仅与偶极子 取向极化、离子极化和电子极化等极化过程有 关，还与介质中极化分子数密度有光，因此降 低分子极化能力和低极化分子数密度成为降低 介电常数的两条途径。但是通过降低分子极化 能力来降低介质的介电常数非常有限，降低极 化分子数密度成为获得超低介电常数的重要途 径。
低介电常数薄膜材料
7.1 低介电常数材料的研究背景 7.2 碳基低介电常数薄膜 7.3 硅基低介电常数薄膜 7.4 SiCOH多孔（超）低介电常数材料 的制备与性能
7.1 低介电常数材料的研究背景
7.1.1 纳电子器件对新互连材料的需求 在多层互连系统中，由互连阻容（RC）耦合增大 导致的信号传送延时、干扰增强和功率消耗增大问题 决定于互连材料性能和互连结构设计。 1. RC延时 多层连线系统的RC由下式给出:
3. 多孔硅薄膜
采用电化学技术制备的未氧化的多孔硅薄 膜作为多孔低k介质，近年来也得到了关注， 将薄膜的孔隙率提高到78%，可以将介电常数 减小到3.
4. 多孔SiCOH
采用PECVD技术制备的由Si、C、O和H组成的掺C非 晶玻璃材料（ SiCOH ）是目前低k介质中最有希望的竞争 者。以环形结构有机硅作为前驱分子，采用多相沉积技术， 在适当的等离子体条件下，可以获得平均孔尺寸小于 2.5nm、孔隙率为30%、k=1.95的超低k纳米多孔介质薄 膜。
7.4.1 SiCOH多孔（超）低介电常数材料 的加工技术
在SiCOH多孔（超）低k材料研究的早期，甩胶技术曾 是主要的制备技术。虽然这种技术易于获得多孔材料，并 且采用模板可以控制孔的定向生长，但是制备的多孔材料 由于力学性能差、热稳定性差，尤其是工艺与微电子工艺 不兼容，在材料的集成时面临着巨大困难。 随着与微电子工艺兼容性极好的PECVD技术在制备 SiCOH多孔（超）低k材料方面的突破，CVD技术受到人 们的青睐。目前等离子体增强的化学气相沉积 （PECVD）、电感耦合等离子体化学气相沉积（ICPCVD）、电子回旋共振等离子体化学气相沉积（ECRCVD）相继在SiCOH多孔（超）低k材料的制备中应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
项目名称：碳基无掺杂纳电子器件和集成电路首席科学家：xxx起止年限：2011.1至2015.8依托部门：教育部二、预期目标本项目的总体目标：本项目的总体目标为发展有自主知识产权的低成本高性能碳基纳电子、光电子集成芯片，建设一支高水平的碳基纳米电子和光电子学的研究队伍，培养相关领域的优秀青年人才，将项目的主要支撑单位“纳米器件物理与化学教育部重点实验室”建设成为国际著名的纳米器件研究中心。
在碳纳米管CMOS集成电路方面，制备出中等规模的碳纳米管CMOS集成电路，例如碳纳米管全加器。
在高性能碳纳米管基光电器件方面，做到发光器件的室温电致发光光谱的半高宽和荧光光谱相当，即不大于30 meV，探测器的光电压不小于0.2 V，并初步实现纳电子电路的电信号与光通讯电路的光信号间的相互转换。
五年预期目标：五年预期目标为探索碳基纳电子和光电子器件的极限性能，并利用这些器件构建成若干高性能电路，预计可以取得如下成果：（1）集成电路用碳纳米管阵列的可控生长。
在晶片尺寸绝缘基底上制备出直径大约在1.5 nm，管径分布不超过 0.3 nm的平行半导体性单壁碳管，初步实现碳纳米管的间距和位置可控，半导体性碳纳米管含量高于95%。
（2）适合于碳基电子学的高κ栅介质材料。
在碳纳米管或石墨烯上生长出等效氧化层厚度(EOT)小于2纳米的栅介质薄膜，薄膜材料能隙在5电子伏特以上，在1MV/cm的电场下，漏电流低于10mA/cm2，对器件载流子迁移率和电导的损害在10%以下。
（3）碳基新型射频电路。
测量高频下碳基纳米结构的动能电感，利用碳纳米结构搭建新型的碳基射频电路。
（4）纳米阻变存储器。
利用碳基材料作为存储介质，结合传统硅基驱动电路，实现可工作的原型碳基纳米存储器。
（5）优秀人才培养。
将年轻学者培养成为能够独当一面的学科带头人，项目执行期间培养出1-2名国家杰出青年基金获得者；将一线工作的优秀学生培养成为具有独立工作能力的优秀科研工作者，项目执行期间培养出2名以上的市级和国家级优秀博士论文获得者；毕业50名以上博士后和研究生。
将本项目主要支撑实验室“纳米器件物理与化学”教育部重点实验室建设成为国际著名的纳米电子和光电子器件研究基地，每年在重要的学术会议上应邀做10个以上的特邀报告。
（6）项目执行期间发表100篇以上高影响因子（大于3）论文，申请20个以上与纳米器件和电路相关的发明专利。
三、研究方案（一）学术思路：本项目是在前期项目“基于一维纳米材料的新原理器件：纳米碳管为基的纳米器件”（2010年结题）的基础上提出来的。
在前期项目的实施过程中我们积累了大量平行碳纳米管阵列的生长经验和单个碳纳米管电子器件的研究经验（见如下项目发展路线图的第二列所示）。
本项目的总体研究思路是一方面进一步完善碳基纳米材料的可控制备，另一方面争取从上一个项目主要是对于单个器件（晶体管）的研究发展至更复杂的中等规模集成电路，从单一的电子器件发展至电子-光电子集成电路，从数字电路延伸到模拟和射频电路，从简单的纳米器件到结合微电子的驱动电路与碳基纳米存储电路的完整系统（从如下项目发展路线图的第二列发展到第三列）。
（二）技术途径本项目考虑的碳基纳米材料主要为碳纳米管材料。
我们前期项目的结果表明半导体性的单壁碳纳米管可以用于制备高性能的CMOS器件，速度和功耗较相同尺寸的硅基器件都有很大优势。
本项目在数字逻辑电路方面仍将主要考虑碳纳米管基的CMOS集成电路。
在光电器件方面，半导体性的碳纳米管有一个确定的能隙，以及很强的室温激子效应，可以用于高效红外光源的制备，同时也可以用来制备光探测器。
在碳纳米管基的光源和探测器方面我们已经有了很好的基础。
但是石墨烯是一个零带隙的半导体材料，可以在全光谱范围内有效地吸收，可能是一个比碳纳米管要灵敏得多的光探测材料。
石墨烯和碳纳米管有许多相近之处，本项目将仔细比较碳纳米管和石墨烯光探测器的性能特征，将最适合于我们光互联方案的器件集成到我们最终的系统中。
对于碳基阻变存储器件，我们前期的研究发现不论是石墨烯材料、碳纳米管，还是近非晶碳材料都可以观察到高达105-6的阻值变化。
具体选择哪种材料需要综合考虑制备成本、最终器件的性能、稳定性和工艺的兼容性，但这几种碳基材料的制备对本项目组来讲都不陌生。
存储器件单元拟首先采用结构紧密的1R1D(one resistor one diode)结构，外围的驱动电路采用硅基的传统读写电路。
本项目在这个方向的研究重点在于探索硅基和碳基电路的有效结合。
目前我们的小尺寸弹道器件的制备主要依赖电子束光刻设备。
但碳基特别是碳纳米管器件的加工基本是一维的，一旦解决了材料可控生长的问题，传统的深紫外光刻和纳米压印设备都有望能够用于碳基器件的规模加工。
此外Intel公司发展的用于加工10纳米以下器件的space gate technology也有可能被用于加工弹道碳基器件，摆脱对电子束光刻设备的依赖，达到增加效率、降低制备成本的目的。
（三）创新点与特色虽然目前国际上碳基纳米电子学成为了倍受关注的研究方向，许多研究机构包括国际半导体路线图委员会也强烈推荐重点投资加强碳基纳米电子学的研究，但直到目前国际上尚没有一个成熟的后摩尔时代电子学发展的具体方案。
我们研究方案的主要特色和创新性是无掺杂，无论前期提出的碳纳米管CMOS器件的集成方案还是本项目拟重点开展的碳基电子和光电子集成电路研究均将通过控制载流子的注入而不是掺杂来控制器件的性能。
完全无掺杂的集成方案不但大大降低了整个工艺的复杂性和集成电路的加工成本，而且还可以避免传统半导体技术在纳米尺度由于掺杂而导致的一系列均匀性和稳定性等方面的问题，使得本项目的技术方案有很大的成功的可能性。
相较于传统的半导体材料，碳纳米管不仅具有极为优秀的电学特性，还是直接带隙半导体，拥有很好的光电转换效率和电致发光效率，因此是电子/光电子特性结合完美的半导体材料，本项目的另一个重要的特色就在于充分利用碳基材料（特别是碳纳米管）独特的能带结构，实现电子/光电子器件和电路的有效集成，从而将大大扩展系统的功能。
（四）可行性分析前期项目的实施使得我们在碳基纳米结构的可控生长和拟开展的4个从器件到电路的研究方向都有了一定的积累，为本项目下一步的具体实施打下了坚实的基础。
前期项目的工作表明我们的无掺杂方案对于单个器件（包括n型FET、p型FET，发光二极管和光电二极管）是可行的，对于最简单的CMOS电路（反相器）也是可行的。
对于更复杂的电路和系统，虽然我们已经遇到了一系列技术上的挑战，但从目前的经验来看，这些技术难点原则上都是可以克服的，在本项目5年的执行期内制备出中等规模的无掺杂碳基集成电路的可能性是很大的。
四、年度计划一、研究内容本项目最终的目标是低成本、高性能、低功耗、多功能碳基芯片。
本项目将围绕着这个最终目标，在碳基及相关材料、器件制备及相关物理、系统集成等几个方向展开研究。
主要研究内容包括：（一）碳基纳电子材料微电子产业的巨大成功在很大程度上应归功于硅材料近乎完美的制备和加工工艺。
碳基纳米电子学发展的前提也是碳纳米材料，特别是碳纳米管材料的可控制备和加工。
碳纳米管基集成电路的制备要求高质量的直径大约在1.5±0.3 nm 的半导体性单壁碳管在绝缘基底上的平行和间距可控的生长。
对于纳米电子学器件研究同等重要的是合适的电极（包括接触电极和非接触的栅极）材料的探索，高效率和高性能的栅介质材料的研究。
碳基器件的特殊性在于碳纳米管和石墨烯材料表面的化学活性都不太强，这保证了碳基器件的稳定性，但给高效栅介质材料的生长带来了很大的困难。
适合于碳基器件的高效栅介质材料的探索也将构成本项目重要的材料研究内容。
（二）碳基纳电子器件及集成技术我们前期的工作证明了对于碳纳米管器件，我们可以完全放弃掺杂，通过控制载流子的注入来实现n型和p型器件。
这个无掺杂工艺极大地降低了碳纳米管CMOS集成工艺的复杂性。
但直到目前为止我们仅仅制备出了最为简单的CMOS 电路-反相器。
从单个器件到复杂电路将要面临巨大的技术挑战，其中最重要的就是单个器件的阈值电压，或工作点的控制问题。
这个工作点受到了一系列因素的影响，其中包括栅介质的质量以及和碳纳米管的界面情况等。
在纳电子器件和电路研究方面，本项目将重点解决这些器件规模集成所面临的问题，探索弹道对称CMOS电路在数字逻辑电路中的优势。
量子电容和电感在高频下对碳基器件和互联的影响，利用量子电容和动能电感设计出新型的无源射频器件和电路也将是本项目拟开展的研究内容。
（三）碳基纳米光电器件与光互联碳纳米管的电子能带在费米面附近基本是对称的，属直接带隙材料，有很好的红外波段的光电性能。
我们前期项目研究发现无掺杂CMOS技术同样可以被用于构建高性能的光电器件。
在一个碳纳米管CMOS反相器电路中，有一段介于n型和p型晶体管的碳纳米管是非对称接触的结构。
正偏压下，在这段碳纳米管的一边通过n型电极(Sc或Y)电子可以直接被无势垒地注入到碳纳米管的导带，在另一边空穴可以通过p型电极(Pd)被无势垒地注入到碳纳米管的价带，构成一个无势垒双极性二极管[我们命名为barrier-free bipolar diode,BFBD]。
这个器件单元既可以用作一个纳米红外光源，也可以用作光探测器。
由于这个器件单元本身就是碳纳米管CMOS电路的一部分，为下一步电子和光电子器件的集成提供了一个非常理想的平台。
本项目下一步拟重点考虑碳纳米管逻辑电路的输出电信号通过BFBD器件直接向光信号的转换，光信号在纳电子电路之间的传播，光信号在另一端电路中通过BFBD器件向电信号的转换，进一步驱动相邻的碳纳米管电路。
需要解决的重要问题包括如何提高BFBD器件的发光和探测效率，BFBD器件所发红外光波段、带宽、强度和方向的控制，以及和光传导介质（例如1550 nm单模光纤）的耦合，最终实现纳电子电路间的光互联。
（四）新现象及相关理论碳纳米结构本质上是限域体系，电子-电子相互作用较一般三维体系要强许多。
对于碳纳米管和石墨烯这样特殊的结构，电子间的屏蔽进一步下降到了一个非常低的程度，使得激子效应远比其他半导体中重要得多，即使在室温下金属碳纳米管中激子效应也显著地影响着包括电子-空穴对的激发、弛豫和复合等碳纳米结构的重要光电特性。
探索这些碳纳米结构中奇异的电子、光电子特性，进一步控制这些特性，并把它们应用到新型的电子和光电子器件中也是本项目的一个重要研究内容。
这些新现象和新器件探索必然需要相关的理论工作的支撑。
本项目虽然不特别设置理论课题组，但每一个课题，特别是第一、二、四课题组都有理论背景非常强的骨干做支撑，直接为探索新原理器件服务。