纳米技术手册

第1篇 制作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
第3章 纳米结构的制造及其特性61
3.1零维纳米结构61
3.1.1富勒烯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
3.4三维纳米结构107
3.4.1纳米金属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目录目录
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
5.3LIGA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飞秒激光加工237
5.7.1双光子光聚合加工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
3.4CARS显微镜382
参考文献385
第4章 用X射线观测388
4.1X射线显微镜388
4.2光电子能谱391
4.3X射线衍射分析396
4.4X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
1.1.3MRAM458
1.1.4新型浮置栅存储器462
1.1.5FeRAM（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
1.2.3ULSI多层布线材料486
1.3化合物半导体电子器件491
1.3.1HEMT（高电子迁移率晶体管）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
4.4LCD606
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
5.3SFQ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
5.7DNA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
第5章 蛋白质结构分析725
5.1蛋白质的柔性结构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
6.3DNA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
8.3NDA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
第1章 纳米技术基础1
1.1从上至下和从下到上的纳米加工工艺(1)2
1.2从上至下和从下至上的纳米加工工艺(2)6
1.3微米和纳米尺度下的化学6
1.4生物科学和生物技术12
参考文献6
第2章 纳米尺度物理学1
2.1纳米尺度结构的物理学(1)2
2.2纳米尺度结构的物理学(2)6
2.3纳米尺度结构的物理学(3)6
参考文献12
第3章 纳米结构的制造及其特性1
3.1零维纳米结构2
3.1.1富勒烯（Fullerene）16
3.1.2超微粒子16
3.1.3纳米团簇16
3.1.4量子点(SK晶体生长法，抗表面活性剂法)16
3.2一维纳米结构6
3.2.1纳米碳管（纳米碳管和石墨纳米纤维）16
3.2.2金属纳米导线、纳米管和原子链16
3.2.3半导体量子细线16
3.2.4分子导线16
3.3二维纳米结构6
3.3.1量子阱和超晶格16
3.3.2磁性超薄膜16
3.3.3自发组织膜和电极16
3.4三维纳米结构6
3.4.1富勒烯（Fullerene）16
3.4.2超微粒子16
3.4.3纳米团簇16
3.4.4量子点(SK晶体生长法，抗表面活性剂法)16
3.4.5量子阱和超晶格16
3.4.6磁性超薄膜16
3.4.7自发组织膜和电极16
3.4.8量子阱和超晶格16
3.4.9磁性超薄膜16
参考文献12
第4章 原子尺度结构的研制1
4.1原子或分子布线2
4.2原子开关6
4.3分子开关6
4.4有机晶体管6
4.5实现对表面原子阶梯的控制6
4.6原子层次的平滑面6
4.7超平坦面的机械加工6
参考文献12
第2篇 基础1
第1章 纳米技术基础1
1.1从上至下和从下到上的纳米加工工艺(1)2
1.2从上至下和从下至上的纳米加工工艺(2)6
1.3微米和纳米尺度下的化学6
1.4生物科学和生物技术12
参考文献6
第3章 三维图形69
3.1定义三维物体70
1.定义三维物体的坐标系70
2.定义三维图元70
3.定义场景图74
◇本节的程序集78
3.2将三维物体投影到二维窗口上85
1.1点透视投影的原理85
2.平行投影的原理87
3.实装Camera类88
4.三维直线的透视投影描画Applet88
◇本节的程序集90
3.3透视100
3.4准备透视的环境101
1.光源的设定101
2.定义材质数据103
◇本节的程序集108
3.5光线跟踪115
1.扩展0b jectNode类设定材质115
2.光线跟踪的原理116
3.安装Ray类119
4.反射光线和透视光线的原理119
5.制作光线跟踪的Applet120
◇本节的程序集121
3.6纹理的转换132
1.图形纹理绘制的原理133
2.制作texture类133
3.在三角形IndexFaceSet中追加纹理坐标以及和计算
光线的交点的方法134
4.追加可以进行球体的纹理绘制的方法135
5.纹理绘制的Applet137
◇本节的程序集138
第4章 二维和三维图形的应用例子151
4.1二维动画152
1.二维动画的分类153
2.用Java（AWT）制作精灵动画153
4.2制作三维动画156
1.三维动画的动作的生成方法的分类156
2.制作程序的动作数据156
3.制作“蝴蝶”的场景图动画157
◇本节的程序集161附录179
附录1 取得Java的开发工具包的方法180
附录2 Java用语集181
附录3 CG用语集185
附录4 向量和矩阵191
附录