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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划单原子层材料中国在世界上首次成功制出单原子层纳米金属材料近日，在北京市科委支持下，清华大学李亚栋院士团队在世界上首次成功制备出单原子层纳米铑片。自石墨烯发现以来，科学界对含离域大P键的单层材料的研究集中在具有层状结构相关材料体系方面。由于金属键无方向性而易于形成三维的紧密堆积结构，迄今为止具有离域电子特性的单原子层的金属结构未见报道。清华大学李亚栋院士团队利用弱配体聚乙烯吡咯烷酮稳定的甲醛还原金属铑，成功制备出世界上第一例单原子层厚度的纳米金属铑片，球差电镜和同步辐射研究均证实了这一
2、新颖的单原子层金属结构。理论研究发现，单原子层铑片中存在着一种新型的离域大化学键，有助于稳定其单层金属结构。该项研究进展为进一步推动金属纳米与团簇、丰富发展重金属元素的化学成键理论研究具有重要意义，为探索金属原子单层结构与性能研究提供了重要启示。近年来，北京市科委积极探索纳米科技成果批量转化模式，并联合怀柔区政府共建北京纳米科技产业园，取得丰硕成果超顺排碳纳米管阵列、纳米发电机、纳米压印、纳米绿色制版、碳基集成电路等40余项具有国际领先水平的院士创新技术在京落地；吸引并聚集了一批纳米领域国内外顶尖人才，初步建成纳米科技创新高地；北京纳米科技产业园被认定为国家纳米科技产业化基地，已签约产业化项目
3、30项等。南昌大学学科：固体物理题目：固体理论发展姓名：许桂英学号：2专业：材料科学与工程XX年6月13日固体理论进展摘要：本文回顾了自1964年密度泛函理论(DFT)提出而引入了被称为第一原计算电子学近半个世纪以来,固体物理在理论、材料与实验上的进展。所选的关注点是那些和微纳电子学与集成电路技术有关的重大进展.内容分为固体理论与计算电子学、低维与超导材料两个部分.硅基CMOS集成电路在经历了本文涵盖的同一历史时期中令人瞠目的高速发展后,无论在研究与产业上都处于一个新发展阶段的十字路口.通过回顾作为现代信息工程基石的固体器件与理论的进展,可以对今后集成电路的发展趋向提供一个分析参考。关键词：固
4、体物理；集成电路；计算电子学；低维材料与物理；石墨烯/拓扑绝缘体/铁基超导体1、前言固态物理(在广义上又可称为凝聚态物理)是物理领域里最为活跃的一个学科,其原因与集成电路的广泛应用不无关系。用固体(主要是半导体)实现的电路不仅规模大,性能好,同时重复性好,易于低成本地大批量生产。这在很大程度上是因为固态集成电路的加工是基于类似印刷技术的平面工艺,即薄层淀积/生长与光刻。半导体器件与集成电路的发展与固态物理的进展相辅相成,近半个世纪来,两者都有了量子跃进(quantumleap)式的进步。尤其在集成电路工艺加工的精度进入了纳米尺度(可以Intel在XX年90nm,即亚100nm,CMOS工艺节点
5、为起始点)以来,固体物理研究的显著特点是低维(即二维或一维,相对于三维而言)材料与器件的加工精度日益趋近于原子的尺度,量子力学原理在固体器件的工作上起关键性的作用。2、能带结构与载流子量子输运固体物理与原子物理的基本不同之处在于固体中的电子波函数不再局限于单个原子核附近,而是在整个固体内都存在。因而固体物理的一个基本任务是找到固体作为一个量子系统的电子本征态(即波函数)与本征能量。固体的其他物理(包括光学)性质都可由有关这两个量的知识出发得到。因为固体物理的主要研究对象是晶体,而晶体具有晶格的周期性(或称平移对称性),根据布洛赫定理(Blochtheorem),电子的波函数增加了一个量子数,即
6、为波函数中平面波部分的波矢,一般情况下为一个三维矢量,记为k。这样波函数的本征能量不仅与能带指数(记为n,由原子中电子轨道能级派生而成)有关,而且为k(或简写为k,可近似视为一个连续量)的函数。我们一般称固体中能带(亦称为电子结构)计算为E?k关系的计算,即由此而来。经典的能带计算方法在所有的固体物理教材中都有描述,包括紧束缚(TB)、平面波展开(增强型APW,或正交型OPW)、赝势法、格林函数法(以三位发明人命名:KKR)及k-dot-p(读为k点p)法。本报告中仅以应用在纳电子材料与器件能带计算中十分广泛的紧束缚方法的进展进行讨论.在经典的能带计算方法之后的最重要的理论进展则是考虑了多体问
7、题(即具有相互作用的多电子体系)的HK方法。这是由P.Hohenberg(法国巴黎高等师范学校,ENS:EcoleNormaleSuperieure)与W.Kohn(美国加州大学圣地亚哥分校,UCSD)(合称为HK)在1964年提出的密度泛函理论(densityfunctionaltheory,DFT).他们在PhysicalReview发表的用密度泛函方法来求得在晶格势的作用下一个有相互作用的非均匀电子气系统的基态文章奠定了被称为“第一原理计算”(或称abinitio,即从头计算)的计算固态物理的基础。次年(1965),Kohn与Sham(UCSD)(KS)又在PhysicalReview发
8、表文章提出了用局域密度近似(localdensityapproximation,LDA)来得到DFT方法中最为关键(也是最难得到的)交换关联(exchangeandcorrelation,xc)能的泛函形式。至此,DFT-LDA成为了求固体能带结构的一个广为流行的重要手段。在纳米尺度的器件中,除了能带结构与体材料会有所不同外,考虑到其中的载流子(电子与空穴)的输运,经典与半经典的输运模型,如扩散漂移(DD)及水动力学(HD)模型,都不再适用。这是因为除了依赖于扩散与漂移的机理外,量子隧穿成为载流子输运的常态.。目前广泛采用的非平衡格林函数法(non-equilibriumGreensfunct
9、ion,NEGF)是用来计算开放量子系统(半导体器件在纳米尺度下就是这样的一个系统)载流子输运的理论方法,其综合了结果(电流电压特性I-V,电容电压特性C-V)的准确性与计算量的可实现性,可视为近20年来在量子输运计算方面的最大进展事件.NEGF方法的普及可追溯到美国普渡大学(Purdue)的Datta教授在1995年由剑桥大学出版社出版的介观系统的电子输运一书。3、低维材料物理(包括铁基超导)场效应晶体管的出现,在半导体衬底的表面自然地形成了二维电子气.这是低维物理与器件研究的开端.量子电导现象就是在二维结构上首先发现的。上世纪90年代后期兴起的碳纳米管、半导体(主要是硅、锗)纳米线研究又将
10、一维结构与物理的研究推向了堪称为纳米技术研究一度的核心地位。但XX年石墨烯的发现又将二维结构置于纳米舞台的中心。与一维结构的研究不同,二维结构的行为与磁场的作用关系密切(霍尔效应),石墨烯的发现是一个例子。XX年以来的拓扑绝缘体研究也与电子自旋和轨道磁矩的相互作用相关。即使是我们在下面将要讨论的铁基超导体(在该领域中国的研究人员十分活跃,作出了重要的贡献)领域,磁矩与二维层状结构也起了关键性的作用。这一节,我们讨论一维与二维纳米结构的研究历史与现状.内容涵盖石墨烯、拓扑绝缘体与铁基超导。、碳纳米管1991年,日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家Iijima在高分辨透射电子显微镜下检验石
11、墨电弧设备中产生的球状碳分子时,意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这可以被认为是世界上最早有意识地发现的碳纳米管(carbonnanotube,CNT)。1993年,Iijima和Bethune同时报道了采用电弧法,在石墨电极中添加一定的催化剂,可以得到仅仅具有一层管壁的碳纳米管,这也成为了最早关于碳纳米管制备的文献报道.碳纳米管由于其独特的电学、热学与机械性质,其相关的研究在90年代中后期以及21世纪初期的几年里,呈现过异常迅猛的态势.但在近几年来,出现了下降的趋势.这与材料制备的可控性与一致性差有关,而且CNT作为电子器件的应用必须要强调在集成的环境下实现,这是至今几乎所有纳米材料
12、相比于半导体材料的致命的弱点:不易集成有规模的电路,集成后的器件性能比单个器件性能要差很多,更谈不上与进入32/22nm技术节点的硅CMOS器件相比。、石墨烯石墨烯(graphene)在XX年的发现与物理性质的确认,无疑是固体物理本世纪以来的一个重大里程碑事件。尽管在此前,碳纳米管(CNT),自1991年由日本NEC公司的Iijima确认以来,在20世纪末期(1990年代后期)与21世纪初期占据了纳米技术研究的中心舞台,但石墨烯的出现以其独特的理论价值与优异的电学、光学性质很快地形成了势头可以与CNT比拟、甚至压到的世界范围内的研究热潮.其发明者,英国曼切斯特大学(Univ.Mancheste
13、r)的Novoselov与Geim(N-G)也在发表他们的第一篇Science文章(XX)的6年后就得到了诺贝尔物理学奖(XX年)。石墨烯的发现是有其强烈的集成电路发展驱动背景的。为了克服场效应晶体管(FET)的短沟效应(现在CMOS已处在22nm技术节点),一个有效的手段是减薄沟道区的厚度。当然最薄可能达到的就是单原子层二维材料。另一方面,金属有大量的电子作为沟道载流子,但问题是如何用场效应的手段来实现栅控。这两个目标是驱动石墨烯研究原始动力的重要因素(尽管还可能有别的因素)。石墨烯的发现有其偶然成分(如置于长在硅片上300nm厚二氧化硅层上的石墨烯恰好能用光学显微镜分辨出来),但N-G及其
14、研究小组,做了十分细致的实验工作与理论分析,包括用量子霍尔效应(QHE)来定性地区分石墨烯(单层,半整数QHE)与二层石墨材料(整数QHE),这在次年(XX)的Nature文章上得以近似完美的表述。有关石墨烯的研究,可以从物理性质、理论价值与材料制备三个方面来说明。我们主要是从集成电路的应用方面来加以阐述。石墨烯是单层的碳原子以正六角形晶格排列,一个碳原子的4个价电子有3个与位于同一平面中最邻近的碳原子成键(原子间的键长是A?)。剩下的一个价电子在平行于碳原子所在二维平面的近邻平面上形成大键.这些电子是石墨烯的活动载流子,其运动所受的阻力很小。因此石墨烯的迁移率很高。对架空(suspended
15、)的石墨烯测量的迁移率最高的可达2105cm2/V-s(相比之下电子在体硅材料的迁移率为1450cm2/V-s)。石墨烯的能带结构决定了以下的载流子特性:载流子的饱和速度为108cm/s(为光速的1/300),相比之下,电子在硅中的饱和速度为大约107cm/s。在第一布里渊区的狄拉克点(有6个),带隙为零,因此石墨烯是半金属。处于中性状态(即电子与空穴浓度均为零,或称费米能级通过狄拉克点)的石墨烯,载流子的静止有效质量为零,其输运由狄拉克相对论方程决定,而相应的“光速”即是上面提到的饱和速度(又称费米速度,也是由在薄膜材料制备原理、技术及应用知识点1一、名词解释1.气体分子的平均自由程:自由程
16、是指一个分子与其它分子相继两次碰撞之间，经过的直线路程。对个别分子而言，自由程时长时短，但大量分子的自由程具有确定的统计规律。气体分子相继两次碰撞间所走路程的平均值。2.物理气相沉积：物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。3.化学气相沉积：化学气相沉积(Chemicalvapordeposition
