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第1篇 制作1

目录1

导论 超微细加工的历史3

第1章 纳米技术基础16

1.1 从上至下和从下至上的纳米加工工艺（1）16

1.2 从上至下和从下至上的纳米加工工艺（2）22

1.3 微米和纳米尺度下的化学28

1.4 生物科学和生物技术31

参考文献36

第2章 纳米尺度物理学38

2.1 纳米尺度结构的物理学（1）38

2.2 纳米尺度结构的物理学（2）47

2.3 纳米尺度结构的物理学（3）54

参考文献59

3.1.1 富勒烯61

第3章 纳米结构的制造及其特性61

3.1 零维纳米结构61

3.1.2 超微粒子65

3.1.3 纳米团簇67

3.1.4 量子点（S-K晶体生长法，抗表面活性剂法）70

3.2 一维纳米结构74

3.2.1 纳米碳管（纳米碳管和石墨纳米纤维）74

3.2.2 金属纳米导线、纳米管和原子链78

3.2.3 半导体量子细线83

3.2.4 分子导线87

3.3 二维纳米结构91

3.3.1 量子阱和超晶格91

3.3.2 磁性超薄膜98

3.3.3 自发组织膜和电极102

3.4.1 纳米金属107

3.4 三维纳米结构107

3.4.2 纳米陶瓷113

3.4.3 多孔硅118

3.4.4 沸石122

3.4.5 纳米高分子127

3.4.6 纳米玻璃132

3.4.7 利用纳米物质制造三维纳米结构136

3.4.8 超分子141

3.4.9 树枝状高分子144

参考文献150

第4章 原子尺度结构的研制161

4.1 原子或分子布线161

4.2 原子开关165

4.3 分子开关168

4.4 有机晶体管172

4.5 实现对表面原子阶梯的控制176

4.6 原子层次的平滑面180

4.7 超平坦面的机械加工189

参考文献193

第5章 纳米结构的制作技术198

5.1 能量束应用技术198

5.1.1 电子束纳米制版技术198

5.1.2 聚焦离子束立体纳米结构的制作202

5.1.3 光子束纳米制版技术207

5.2 通向MEMS和NEMS212

5.3 LIGA加工216

5.4 纳米蚀刻加工技术222

5.5 局部淀积法228

5.6 选择生长法233

5.7.1 双光子光聚合加工237

5.7 飞秒激光加工237

5.7.2 多光子玻璃加工240

5.7.3 细胞的多光子纳米刺激和加工244

5.7.4 紫外线加工247

参考文献251

第6章 纳米结构的大量合成256

6.1 富勒烯256

6.2 纳米碳管260

6.3 纳米粒子265

参考文献269

第7章 纳米图形的原子光学制作271

7.1 原子光学和图形制作271

7.2 图形的近场原子光学制作274

7.3 利用原子光学制作金属图形278

参考文献283

第8章 硅纳米加工技术285

8.1 表面处理技术285

8.2 纳米转印技术291

8.3 蚀刻技术295

8.4 掺杂方法298

8.5 薄膜淀积技术302

参考文献308

第2篇 观测311

导论 扫描隧道显微镜发明以后313

第1章 扫描隧道显微镜（STM）318

1.1 概述318

1.2 扫描电容显微镜（SCM）322

1.3 原子力显微镜（AFM）326

1.4 磁力显微镜333

1.5 自旋极化扫描探针显微镜337

1.6 新探针341

参考文献344

第2章 用近场光观测347

2.1 概述347

2.2 光纤探针352

2.3 散射型探针356

2.4 其他探针361

2.5 近场显微镜的应用（纳米碳管、DNA碱基）364

参考文献368

第3章 用短脉冲纳米光观测371

3.1 二次谐波显微镜371

3.2 双光子显微镜373

3.3 和频产生（SFG）检测376

3.4 CARS显微镜382

参考文献385

4.1 X射线显微镜388

第4章 用X射线观测388

4.2 光电子能谱391

4.3 X射线衍射分析396

4.4 X射线吸收光谱399

参考文献405

第5章 用电子、离子观测407

5.1 扫描电子显微镜407

5.2 全息照相电子显微镜410

5.3 超高分辨电子显微镜413

5.4 透射电子显微镜418

5.5 低速电子显微镜422

5.6 俄歇电子能谱425

5.7 电子衍射法429

5.8 二次离子质谱仪433

5.9 中子衍射437

参考文献441

第3篇 在IT领域中的应用447

导论 纳米技术与IT的关系449

第1章 电子器件452

1.1 硅器件452

1.1.1 微细MOS器件452

1.1.2 新结构MOS器件455

1.1.3 MRAM458

1.1.4 新型浮置栅存储器462

1.1.5 FeRAM（铁电体随机存储器）466

1.1.6 硅单电子器件471

1.2 硅材料，LSI材料475

1.2.1 硅晶体475

1.2.2 高k栅绝缘膜材料、电容器材料483

1.2.3 ULSI多层布线材料486

1.3.1 HEMT（高电子迁移率晶体管）491

1.3 化合物半导体电子器件491

1.3.2 量子波干涉器件495

1.3.3 隧道效应器件499

1.3.4 量子尺寸效应器件502

参考文献504

第2章 光子器件511

2.1 光子晶体511

2.1.1 光子晶体概论511

2.1.2 半导体光子晶体514

2.1.3 二维硅光子晶体521

2.1.4 干涉法形成光子晶体524

2.1.5 光子晶体——微粒子集成法527

2.2 发光元件（激光器）531

2.2.1 微小球激光器531

2.2.2 空腔谐振腔结构光源534

2.2.3 量子阱激光器538

2.2.4 量子点激光器542

2.3 光功能元件545

2.3.1 准相位匹配非线性光学元件545

2.3.2 光纤光栅549

2.3.3 亚波长光学元件552

2.3.4 光放大元件，波长转换元件555

参考文献562

第3章 信息存储569

3.1 纳米磁存储器569

3.1.1 磁介质569

3.1.2 磁头及机构571

3.2 纳米光存储器575

3.2.1 纳米光介质575

3.2.2 应用近场光的存储器579

3.2.3 双光子光异性化存储器581

3.3 扫描探针存储器584

参考文献588

第4章 显示器592

4.1 纳米碳管显示器592

4.2 有机EL显示器595

4.3 等离子体显示器面板600

4.4 LCD606

参考文献612

第5章 未来器件615

5.1 量子通信、量子密码615

5.2 量子计算元件618

5.3 SFQ元件622

5.4 纳米碳管元件624

5.5 分子器件630

5.6 超高灵敏度五感传感器633

5.7 DNA-分子计算机636

5.8 利用新碳材料的燃料电池638

参考文献641

第4篇 在生物学和化学领域中的应用645

导论 在生物学和化学领域中的纳米技术应用647

第1章 利用纳米、微米技术进行生物分子调控（从上至下）649

1.1 纳米技术同MEMS的交汇与融合649

1.2 生物分子操作655

1.3 使用硅树脂的微装置659

1.4 纳米聚合物流体控制器件与系统662

参考文献666

第2章 运用分子纳米技术构建生物分子（从下至上）668

2.1 构建人造DNA668

2.2 人工蛋白质的设计与合成671

2.3 人造细胞体系的构建675

2.4 脂类纳米管的构建679

参考文献683

第3章 在微空间内进行化学分析686

3.1 微分析芯片686

3.2 纳米及微米技术与分析测量技术691

3.3 纳米及微米技术与生物传感器694

参考文献702

第4章 在微化学空间内进行化学合成704

4.1 微空间的化学704

4.2 微化学合成系统707

4.3 微型生物反应器712

4.4 微芯片技术与细胞生物化学实验714

4.5 微型化学工厂718

参考文献722

5.1 蛋白质的柔性结构725

第5章 蛋白质结构分析725

5.2 蛋白的结构与力学性质729

5.3 蛋白质的动态结构735

5.4 蛋白质的相互作用与其功能的关系739

参考文献743

第6章 分子马达的功能检测745

6.1 线性马达的检测745

6.2 旋转马达的检测749

6.3 DNA马达的检测752

参考文献756

第7章 生物系统的检测758

7.1 从分子到系统758

7.2 二维系统、生物膜762

7.3 单分子与细胞766

7.4 微空间内的系统771

参考文献776

第8章 破解遗传信息778

8.1 纳米芯片技术在基因组研究中的应用778

8.2 在DNA芯片方面的应用781

8.3 NDA分子测序787

8.4 纳米、微芯片技术与后基因组学791

参考文献794

第9章 纳米技术在生物技术、医疗方面的应用796

9.1 纳米磁性微粒在生物技术中的应用796

9.2 纳米机器在医疗方面的应用799

9.3 纳米技术在组织工程方面的应用802

9.4 纳米加工与生物技术807

9.5 人造视网膜811

9.6 药物运输817

参考文献822

索引825