Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Нанотехнологии - ударный вводный курс

Покупка
Артикул: 471427.01.01
К покупке доступен более свежий выпуск Перейти
Книга международного научного Общества оптики и фотоники (SPIE) методично знакомит читателя с понятием "нанотехнологии", начиная с изложения основ квантовой механики, определяющей особые свойства малоразмерных объектов (электрические, магнитные, оптические, механические и т.д.) до описания методов производства, характеризации и применения различных видов наноструктур и наноматериалов. При небольшом объеме, издание содержит краткое и ёмкое описание практически всех современных технологий создания и методик исследования нанообъектов. Для студентов и преподавателей технических университетов, специалистов промышленных предприятий, а также широкого круга читателей, желающих ознакомиться с предметной областью нанотехнологии от А до Я.
Мартин-Пальма, Р. Х. Нанотехнологии - ударный вводный курс: Учебное пособие / Р.Х. Мартин-Пальма, А. Лахтакия; Пер. с англ. Е.Г. Заболоцкой, А.В. Заболоцкого. - Долгопрудный: Интеллект, 2014. - 208 с. ISBN 978-5-91559-146-1. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/468199 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Р.МАРТИН-ПАЛЬМА, А.ЛАХТАКИЯ
НАНОТЕХНОЛОГИИ 
УДАРНЫЙ ВВОДНЫЙ КУРС

Перевод с английского  
Е.Г. Заблоцкой, А.В. Заблоцкого

Р. МартинПальма, А. Лахтакия
Нанотехнологии – ударный вводный курс: Пер. с англ.:
Учебное пособие / Р. МартинПальма, А. Лахтакия – Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2014. – 208 с.
ISBN 9785915591461

Книга международного научного Общества оптики и фотоники
(SPIE) методично знакомит читателя с понятием «нанотехнологий»,
начиная с изложения основ квантовой механики, определяющей особые свойства малоразмерных объектов (электрические, магнитные,
оптические, механические и т.д.) до описания методов производства,
характеризации и применения различных видов наноструктур и наноматериалов.
При небольшом объеме, издание содержит краткое и ёмкое описание практически всех современных технологий создания и методик исследования нанообъектов.
Для студентов и преподавателей технических университетов, специалистов промышленных предприятий, а также широкого круга
читателей, желающих ознакомиться с предметной областью нанотехнологий от А до Я.

ISBN 9785915591461
ISBN 9780819480750 (англ.)

© 2010, SPIE
© 2014, ООО Издательский Дом
«Интеллект», перевод на русский
язык, оригиналмакет, оформление


!"
#$%$&'$$"$"$%"
$%%"
%"
&

()*"
$%!%%"
!!"
+
,%$%$"
,#% ,,%.,%$%&

!"
$#!$# &
$# .%"
%/0"
,%$$"
$%"
%&1!"
&

Создание наноразмерных сочетаемых
между собой блоков
для сборки практических устройств
(например, полупроводниковое запоминающее устройство
со встроенным фотосинтетическим реакционным центром)

Сравнительная шкала микрои нанообъектов

Естественные
объекты

Муравей
~5 мм

Пылевой клещ
200 мкм

Зольная пыль
~10—20 мкм
Человеческий
волос
~60—120 мкм
в ширину

Красные
кровяные
тельца
(~7—8 мкм)

диаметром
~10 нм
АТФсинтаза

ДНК
диаметром
~2—1/2 нм

Атомы кремния
шаг решетки
0,078 нм

10
м
–2

10
м
–3

10
м
–4

10
м
–5

10
м
–6

10
м
–7

10
м
–8

10
м
–9

10
м
–10

Микромир
Наномир

1 см
10 нм

0,1 мм
100 мкм

0,01 мм
10 мкм

0,1 мкм
100 нм

0,01 мкм
10 нм

1 нм

1 нм
0,

Микроволновое
излучение

10 нм = 1 мм
6

Инфракрасное
излучение

Видимый свет

Ультрафиолетовое
излучение

Мягкое
рентгеновское
излучение

10 нм = 1 мкм
3

Искусственные
объекты

Булавочная
головка 1—2 мм

Микроэлектромеханические
(МЭМС)
устройства
шириной
10—100 мкм

Пыльцевое зерно
Красные кровяные
тельца
Зонная пластинка
рентгеновской
«линзы»
расстояние между внешними
кольцами ~35 нм

Самособирающаяся
структура, подобная
природным,
десятки нанометров

Квантовый загон

из 48 атомов железа,
поштучно расположенных на медной
поверхности при помощи иглы СТМ

(диаметром 14 нм)

Электрод
на основе
нанотрубок

Углеродный
бакибол
диаметром
~1 нм

Углеродная
нанотрубка
диаметром
~1,3 нм

Актуальная
задача

!"#




!"#$!!%!!!!!"$!!!!!!&'(!!!)%!**"+!!*%,!&,+'!!%!"!"!%-".,+!/!!!!"+!!"

 !!!"
/%"

0!!!!!!!!!"1!!%!!!
%!"$!%2!!/!%*"+&'"/!-!/"3!"$!!/44"$/!!!//!!56"

"!!!**78
"

!"

$%%!!"
!!


!!"
!

–1,00

–0,75

–0,50

–0,25

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00
4, 3, нм–1

0
2
4
6
8
10

у, нм

0
1
2
3
4

z, нм

#!!"
!
0

100

80

60
40
20
0

100
80
60
40
20

0,1

1

10

100

Энергия мэВ
,

Lх, нм

L =
y
, нм
Ly

$!

!!

  %Затворное напряжение, В

Контакт

Затвор

Двумерный
электронный газ

AlGaAs

GaAs

0

0

0

0

1

2

3

4

5

Электропроводность 2 /
e
h
2

–2,0
–1,8
–1,6

4 2, К

1,6 К

0,6 К

0,3 К

а

б

а
б

E

U + E

в
г

–eVc
–eVd

100

101

102

103

101
102
103
104
105

Объемный кремний, 300 К

Теплопроводность, Вт/мK

Толщина, A°

Пленка
Проволока

Si
Ge
0,5
0,5, 300 К

300 К

600 К

300 К

60 К
0

#!Fe Cr

$300
500
700
900
1100
400
600
800
1000
1200
300

Серебряные шарики

Серебряные стержни

Длина волны, нм

Частицы сплава золота и серебра

Серебряные
кубики

Серебряные пластинки

Золотые призмы

Частицы золота

Золотые стержни

Золотые наносферы на ядрах из SiO2

Серебряные наносферы

на ядрах из SiO2

Полые золотые сферы

&'!


#((!

&%%




Система откачки

Вакуумная камера

Держатель

Подложка

Образующаяся
паровая фаза

Исходный материал

Магнетрон постоянного
либо высокочастотного тока

Вакуумная камера

Плазма

Подложка

Держатель

Подача газа
Вакуумный насос

#(!

Вакуумная камера

Подложка

Подача газа

Вакуумный насос

Плазма

Электрод

Электрод

#)Подложка

1

Подложка

2

Подложка

3

Подложка

4

##)%Камера сверхвысокого вакуума

Эффузионные
ячейки

Источник системы
дифракции отраженных
быстрых электронов

Подготовительная
камерa

Держатель

Молекулярные
лучи

Подложка

#$(
Подготовка пластины

Нанесение фоторезиста

Предварительная сушка резиста

Совмещение и эскпонирование

Проявление защитного рельефа

Травление, имплантация

Удаление резиста

#&(#'*(Нанесенный
рисунок

Надавливание штампом

Печатный
штамп

Слой
резиста

Подложка

Удаление
штампа

а
б

200 нм

а
б


#+((! ! ! ,
(Ar+

Ионная пушка

Система управления
отклоняющим
электродом

Система управления
на базе Labview

Счетное
устройство

Детектор
одиночных ионов

Анализатор
энергии ионов

Система
фокусирующих
линз Энзеля

Мембрана Si N
с углублением/отверстием
(температура мембраны
тщательно контролируется)

3
4

Электронная
пушка

#-,*#.*/#1
2
3
4

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

1. Осаждение
полианионного
слоя

2. Промывка
подложки

Подложка

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

3. Осаждение
поликатионного
слоя

4. Промывка
подложки

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

– –

–

–

–

–
–

–

–

–

–

–

–

– –

–

–

– –

–

–

–

––

– – – –

–
–

–
–

–

–
– –
–

– –

–

–

–

–
–

–

–

–

–

–

–

– –

–

–

– –

–

–

–

––

– – – –

–
–

–
–

–

–
– –
–

+

+
+
+

+

+

+

+

+

+

+

+
+
+
+
+

+

+
+

+
+
+
+ +

+

+

+
+
+

+
+
+

+

+

+

+

+

+

+

а

б

#!

Раствор
электролита

Источник постоянного тока

Резервуар

Держатель

Подложка

Противоэлектрод









10 нм

PS

Si


2

4

6мкм

!
"#$%&'()*+'+#,-'"%).%&'/#
0

1000

2000

3000

4000

5000

350
400
450
500
550
600
650
700
750
800

Si

Ge

Se

Sb

Энергия (канал счетчика)

Количество импульсов счетчика

ОРР 2,3 МэВ He+

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

0

50

100

150

200

50
100
150
200
250

300
250
200
150
100
50
0
–50

Кремний
Титан
Кислород
Углерод

Интенсивность брэгговского пика
(канал счетчика)

Энергия (канал счетчика)

Атомная плотность, 10
см
23
3
–

Глубина, нм

2
4
9
21
45
97
211
460
1000

Ti
Cl
Si

O
N
C

а

б

0
 12345267421899232:;

<923=>:;2:?:=@38A74

а1
а

а2
а
с

(
зигзагообразные УНТ
n, 0):

кресельные УНТ
(n n
, ):




3=5428<923=>:;2:?:=B?@234?9;

=346@;C732B:4C

20 нм

3=542D=346@;2:?:=B?@234?9;

Ev

v
Наклоненные
наноколонны

Ось x

Ось y

Ось z

Подложка
Подложка

Паровой
поток
Направление
парового потока

 Ось x

Ось y

Ось z

Подложка

Направление
парового потока
100 ??

1 мкм

а
б

Ксерогель

Твердая
фаза

Жидкость

Твердая
фаза

Газ

«Мокрый» гель

Аэрогель



3 нм

530 нм

Зеленый

5,5 нм

570 нм

Желтый

7,5 нм

590 нм

Оранжевый

8,3 нм

620 нм

Красный

}

Массив КТ

pСлой

nСлой

Внутренняя
область

FGH0'H100 нм

3 нм
1 мкм

100
010

а

б
в

1 мкм
1 мкм

4 мкм

а

б
в

240
280
320
360
400
0

40

80

120

Диаметр, нм

Число колонн


Pt/F:SnO/стекло

Нанопроволоки из ZnO
с адсорбированным
монослоем красителя

Жидкий
электролит
или дырочный
проводник

Нагрузка

Свет

F:SnO/стекло

1

2

Время

Проводимость

Время

Проводимость

Время

Проводимость

IЗаданы:
размер, структура,
связанность,
гетерогенная
поверхность

Частицы и кластеры
больше
больше
разм

сост

Черный уголь
Оксид кремния
Минеральный наполнитель
Сверхразветвленные
полимеры

Трехмерные элементы
Задан размер
по всем направлениям
меньше
3D

Дендример
Квантовые точки (КТ)
Шаблон синтеза

Структура
Задан размер
пространственной
структуры

Ядрооболочка КТ
Наноштрихкоды

Увеличение степени контроля над синтезом =
Увеличение достигаемой сложности и функциональности
=

Функциональная
сборка:
нановирус

Одномерные элементы
Задан размер в одном направлении
мешье;
больше
1
2
D
D

Нантрубки
Нанонити
Алюмосиликаты

Протосборка
Задана
пространственная связанность

Четырехсвязные


0JKGLM


!0LM

"#$$$%&#$$'%Блок 2: управление рисками

1. Пассивные наноструктуры (продукты первого поколения)
Дисперсные и контактные наноструктуры (аэрозоли, коллоиды)
Продукты, содержащие наноструктуры в своем составе
(покрытия, композиционные материалы, армированные наночасти
цами, наноструктурированные металлы, полимеры, керамики)
Блок 1

~2000

~2005

2. Активные наноструктуры
Биоактивные наноструктуры, лечебные эффекты
(лекарства направленного транспорта, биоустройства)
Наноструктуры с физикохимической активностью
(трехмерные транзисторы, усилители, приводы,
адаптивные структуры

~2010

3. Системы наносистем
Широкое использование направленной
сборки, создание трехмерных сетей и новых
иерархических архитектур, развитие робото
техники, создание эволюционирующих нано
структур

4. Молекулярные наносистемы
Проектирование устройств на
молекулярном и атомном уров
не, реализация новых функций
~2010—2020

(#$)$%*#$)'%(+#$#$%0H

 Ïîëíûå  îãëàâëåíèÿ
íà ñàéòå www.id-intellect.ru

Н.Г. Рамбиди
Структура и свойства наноразмерных образований.
Реалии сегодняшней нанотехнологии

Учебное пособие по физическим и химическим основам нанотехнологий
детально описывает структуру и свойства наноразмерных образований, которые активно изучаются на протяжении последних десятилетий и используются на практике. К ним относятся наноразмерные частицы, большие (в том
числе полимерные) молекулы, атомномолекулярные комплексы с направленно созданной структурой — квантовые точки, нанотрубки, тонкопленочные гетероструктуры, молекулярные кластеры. Основное внимание уделено
выявлению физических механизмов, ответственных за возникновение новых
свойств при переходе от «макровещества» к наноструктурам, построенным из
тех же самых атомных и молекулярных элементов, что и вещество.
Подробно рассмотрено соотношение научных идей и практического выхода исследований в области нанотехнологий. Обсуждаются существенные затруднения в реализации экономически выгодных промышленных инноваций.
Учебное пособие будет полезно студентам, аспирантам и преподавателям
физических и химических факультетов, а также исследователям и разработчикам новых технологий.

Дж. Рамсден
Физикотехнические основы бионанотехнологий и
наноиндустрии, пер. с англ.

Учебное пособие раскрывает концептуальные основы быстро растущей и
развивающейся области нанотехнологии, фокусируя внимание  на самых существенных моментах.
Человек, впервые знакомящейся с нанотехнологией, но имеющий хорошую
подготовку в одной из традиционных дисциплин, таких, как физика, механика или электротехника, химия или биология, или, возможно, работавший с
микроэлектромеханическими системами (МЭМС), сталкивается  здесь с большим объемом важной и интересной информации. В книге сосредоточены основные принципы, теория и практика нанотехнологии. По сути это обширное введение в возможности и ограничения перспективной области исследований и разработок.
Для студентов, преподавателей и разработчиков в областях нанобиоинфотехнологий.

ИНТЕЛЛЕКТ

       РЕКОМЕНДУЕТ...

К покупке доступен более свежий выпуск Перейти