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微纳光电子学一、课程说明课程编号：140510Z10课程名称：微纳光电子学/ Micro- and Nano- Optoelectronics课程类别：专业核心课程学时/学分：48/3先修课程：固体物理、信息光学、光电子技术适用专业：光电信息科学与工程教材、教学参考书：1．原荣，邱琪编著.光子学与光电子学.北京: 机械工业出版社.2014年;2. 傅竹西编著.固体光电子学.合肥: 中国科学技术大学出版社(第2版).2012年;3. 周治平著.硅基光电子学.北京: 北京大学出版社.2012年;4. 刘旭等编著.光电子学.杭州: 浙江大学出版社.2014年。
二、课程设置的目的意义光子学、光电子学、和光电子技术是目前信息时代不可或缺的关键技术，产生了大量的光与电相结合的新型器件如手机、电脑、激光雷达、导航设备、光电探测器、太阳能电池等等，不一而足，为人们的生活和工作提供了极大的便利。
光子与电子的结合与相互调制是今后信息技术发展的一个重要方向，特别是由于半导体技术和微纳制作技术的兴起，光电子器件朝功能更强、尺寸更小的方向发展。
本课程重点讲述特征尺寸在微米或纳米级别的光与电相结合的新型光电子器件及其原理，结构、和应用等，使光电信息科学与工程等专业的学生能够了解和掌握有关微纳光电子学方面的最新进展和知识，为更好地适应以后相关的学习深造和研发工作打下坚实的专业基础。
三、课程的基本要求知识：本课程从光学原理如光的传播、干涉、衍射、偏振、双折射、光电效应、电光效应、非线性效应等出发，重点讲述所涉及到的当前微纳光电子学领域基本的、主要的、常用的器件，如波导、半导体激光器、滤波器、调制器、探测器、CCD、探测器等的原理、结构、及应用等。
能力：要求学生学习这些器件的基本结构、工作原理、主要特性及应用等知识时，不仅需了解微纳光电子器件的基本知识，还要能够举一反三、触类旁通、和具备进一步深入学习、研究及设计微纳光电子器件的能力，并能将器件知识与实际应用相结合。
光电子和电子器件的微纳制造光电子和电子器件作为现代科技的重要组成部分，对于推动社会进步、促进工业发展起着至关重要的作用。
而微纳制造技术则是实现光电子和电子器件高性能、高可靠性、高集成度等关键技术的基础之一。
本篇文章将从以下几个方面来探讨光电子和电子器件的微纳制造技术。
一、微纳制造技术的概述微纳制造技术是指在微米（μm）至纳米（nm）量级下的制造技术，也称为微纳加工技术。
主要包括激光微加工技术、电子束微细加工技术、光刻技术、等离子体刻蚀技术等。
微纳加工技术的出现和发展，为光电子和电子器件制造提供了平台，使得这些器件在体积、重量、功率消耗等方面都有了大幅度的改进，同时也推动了科技的前进。
二、微纳制造技术在光电子器件中的应用1. 激光微加工技术激光微加工技术是一种非接触的加工方式，可以通过控制激光束的焦距和功率，来实现微观尺寸下的加工。
它可以用于制造微型结构、与金属（SEM）相互作用，制作化学传感器等。
2. 电子束微细加工技术电子束微细加工技术是一种以电子束为工具，通过在物质表面打出非常小的孔洞、图形等，来实现对微纳尺寸结构的加工过程。
与传统工艺相比，电子束微细加工技术更加精细，能够制作出更加复杂的微型结构和器件。
3. 光刻技术光刻技术是利用光刻胶、光刻模板和光源等进行的制造微结构的加工技术。
这是一种涉及多种物理、化学、光学等知识的技术，用于制造微处理器、光学元件等。
4. 等离子体刻蚀技术等离子体刻蚀技术是基于原子分子级微观加工方法，是实现光电子器件刻蚀、切割、刻制微细结构等技术的关键。
它不仅可以满足高精度、高效率、高质量的要求，而且在工业生产领域中也具有广泛的应用前景。
三、微纳制造技术在电子器件中的应用1. 纳米半导体器件在现代半导体工艺中，微纳制造技术非常重要。
通过使用纳米技术，人们已经制造出了电子元件和微处理器等，功率更小、体积更小、运行速度更快。
而光刻技术和等离子体刻蚀技术等则是关键的生产工艺，能够实现在晶体片上制造出非常小的电子元件。
微纳光电子器件的设计和制备技术微纳光电子器件是目前光电子领域中的前沿研究领域。
因其微小的体积，具有良好的性能和独特的功能，被广泛应用于信息处理、生物医药、新能源等领域。
本文概述微纳光电子器件设计制备技术。
一、微纳光电子器件概述微纳光电子器件是指体积尺寸在微米乃至纳米量级的光电子器件，与传统的光电子器件相比，具有更高的集成度、更低的功耗、更高的速度、更强的可靠性和稳定性，因此在应用领域有着广泛发展前景。
目前，微纳光电子器件主要包括微波光子晶体、微环谐振器、微腔光机械振子、微进易出激光等。
这些器件均是基于微纳米加工技术制备的，因此需要掌握相应的设计和制备技术。
二、微纳光电子器件设计技术1. 光学仿真技术在微纳光电子器件设计中，光学仿真技术是非常重要的一部分。
通过对无限远场问题的研究，可以建立器件的电磁模型，并利用计算机仿真技术进行分析和设计优化。
光学仿真技术最常用的软件是COMSOL Multiphysics和Lumerical等。
通过光学仿真技术，可以优化器件的结构形状、材料选择、呈现和低损耗等。
2. 异质结构设计技术在微纳光电子器件很多器件应用中都需要通过异质结设计实现。
异质结异质材料的导带能带区在交界处会产生能带弯曲现象，从而形成能带偏差，这样就能够改变器件的电子结构和光学性质。
异质结是一种典型的二维和三维的结构，可以通过量子阱、能带混合、带隙调制等技术实现。
在微波光子晶体、微腔光学器件等方面有重要应用。
三、微纳光电子器件制备技术1. 电子束光刻技术电子束光刻技术（EBL）是一种高分辨率的微纳米制造技术，其分辨率可以达到亚纳米级别。
EBL主要是利用电子束照射石英等电子敏感材料，石英中会产生可溶解的空穴，再通过腐蚀、蒸镀等方式制造出器件形状。
EBL技术可以实现器件的多层加工和三维加工，但是其缺点是加工速度较慢，不能进行大面积加工和生产级量产。
2. 等离子体刻蚀技术等离子体刻蚀技术（RIE）是一种高效的微纳米制造技术，其主要原理是通过气体放电等离子体刻蚀目标材料。
微纳加工技术在集成光电子器件中的应用引言：随着科技的不断进步，人们对高性能和高集成度光电子器件的需求也越来越大。
微纳加工技术作为一种高精度、高灵活性的加工技术，已经逐渐成为集成光电子器件领域的关键技术。
本文将重点介绍微纳加工技术在集成光电子器件中的应用，探讨其在器件设计、制备和功能增强等方面的优势。
一、微纳加工技术在集成光电子器件设计中的应用1. 光子集成电路设计微纳加工技术在光子集成电路设计中发挥了重要作用。
通过利用微纳加工技术，可以实现复杂的光子晶体波导、微环谐振器、分束器、耦合器等器件结构，并将它们灵活地组合在一起，形成可编程的光子集成电路。
这种灵活的设计方案使得光子集成电路具有更高的集成度和更小的尺寸，更适用于实现高速通信和光子计算等应用。
2. 超材料设计微纳加工技术可以用于制备超材料中的微纳结构，如金属纳米点阵、微球、纳米线等。
这些微纳结构具有特殊的光学性质，可以用于实现控制光的传播行为、吸收和辐射等特殊功能。
通过微纳加工技术，可以实现对超材料微纳结构的精确控制，进而设计和制备具有特定波长选择性、超透明性、超折射率效应等特征的光学器件。
二、微纳加工技术在集成光电子器件制备中的应用1. 光子晶体制备光子晶体是一种由周期性的两个或多个介质组成的纳米结构材料，可以对光的传播进行控制。
微纳加工技术可以用于制备光子晶体的微米和纳米结构。
通过对微纳结构的形貌和材料的选择进行调控，可以实现对光子晶体的带隙特性、光子禁带结构和波导模式等的精确控制。
这为实现光学滤波器、光调制器等集成光电子器件提供了基础。
2. 光波导制备光波导是一种用于控制和引导光的结构，是光学器件中的重要组成部分。
通过微纳加工技术，可以制备具有高光学品质的光波导结构。
例如，在光子集成电路中，可利用微纳加工技术制备出具有较低损耗和较高耦合效率的光波导，从而实现光的高效传输和耦合。
三、微纳加工技术在集成光电子器件功能增强中的应用1. 纳米结构增强效应微纳加工技术可以制备出具有纳米结构的光电子器件，通过改变结构尺寸和形貌，实现器件性能的增强。
微纳光电子系统第二章微纳光电器件简介内容z VO2薄膜材料及其应用z 微透镜与红外CCD 集成技术z 微小型光学扫描器及其应用zMEMS 红外气体传感器1. VOx 薄膜材料及其应用z1959年美国贝尔实验室Morin发现钒的金属氧化物具有电阻温度相变特性；目前该材料的相变机理至今仍然未完全掌握。
z 该材料在相变过程中，许多物理参数，如电阻率，光学折射率都发生了突变，具有非常广泛的器件应用前景。
z金属钒的诸多氧化物相中，二氧化钒（VO 2）最引人注目: (1)VO 2材料的相变温度在68℃附近，最接近室温;当温度低于68℃时，VO 2呈现半导体相，材料电阻率为10 Ω·cm 量级；当温度高于68℃时，VO 2呈现金属相，电阻率下降至10-3Ω·cm左右。
在很小的温度范围内(0.1℃），电阻率变化了4-5个数量级。
与此同时，材料的光学特性在相变时也发生了突变，从低温半导体相对红外光的高透射转变为高温金属相对红外光的高反射.z 用途:(1) VOx 薄膜作为微测辐射热计的热敏电阻,制作非致冷红外焦平面;(2) 利用VO2相变特性,制作光开关,激光防护膜,太阳能智能节能窗等(1) VOx微测辐射热计z氧化钒薄膜被用于微测辐射热计热敏电阻主要是由于这种材料在室温附近具有合适的方块电阻、较高的TCR ，小的1/f 噪声系数以及制备工艺与大规模集成电路兼容等特点.z用于微测辐射热计热敏电阻材料的氧化钒薄膜主要有三种：混合相VO x 、准VO 2和亚稳态相VO 2(B)薄膜，分别以美国HTC研究中心、加拿大INO研究所和日本防卫厅&NEC为代表.应用--国防、军事消防医疗医疗SARS工业设备预知性检测及维护--电子工业设备预知性检测及维护--土木、建筑工业设备预知性检测及维护--电气设备1ln dR d RTCR R dT dT==)(00T T e R R −=αα为恒值Ta T T T e R R ss ΔΔ+=氧化钒作为热敏薄膜优点:•高电阻温度系数，TCR>-2%/K •合适的方块电阻, 10～50 k Ω•低的噪声系数•制备工艺与IC 工艺兼容.TCR=-0.0236K R 0(20℃)=13.5 k Ω/方块1/T (K)HTC 研制的VO x 热敏薄膜的电阻－温度关系曲线LnR(Ω)室温电阻约15~20 k Ω，电阻温度系数-2.0%K -1。
微纳电子学微型电子器件与系统的设计与制造微纳电子学是一门研究微米和纳米级尺寸电子器件与系统的学科，它与传统电子学相比，更加注重在微小尺寸下实现高性能和功能丰富的电子器件和系统。
微纳电子学的应用领域非常广泛，包括信息技术、生物医学、能源和环境等多个领域。
本文将介绍微纳电子学微型电子器件与系统的设计与制造的相关内容。
一、微纳电子学的基础原理微纳电子学的基础原理主要包括集成电路技术、材料科学、纳米加工技术和器件物理等方面。
其中，集成电路技术是微纳电子学的核心，它通过不断缩小元器件的尺寸，提高集成度和性能，实现了计算机、通信和消费电子产品的飞速发展。
材料科学则是支撑微纳电子学研究的基础，研究高性能、高稳定性和可制造性的材料对于微纳电子器件的设计制造至关重要。
纳米加工技术是微纳电子学中实现微米和纳米级尺寸器件的关键技术，包括光刻、薄膜沉积、电子束曝光和离子注入等多种制造工艺。
器件物理则是理解和研究微纳电子器件行为的基础，研究电子在微纳结构中的输运和量子效应，为器件设计提供理论指导。
二、微纳电子器件设计微纳电子器件的设计是微纳电子学的核心任务之一。
在微纳尺度下，器件的结构和材料的选择对其性能有着重要影响。
常见的微纳电子器件包括晶体管、电容器、电感器和传感器等。
在设计过程中，需要考虑电路的功能需求、电路结构的优化以及材料的选择。
在晶体管的设计中，常用的结构包括MOSFET、BJT和HEMT等，不同结构的优缺点可根据具体应用需求来选择。
电容器和电感器的设计则需要考虑电容或电感的大小和频率响应等性能指标。
传感器的设计需要考虑传感器的灵敏度、选择性和稳定性等因素。
此外，还需要考虑功耗和可靠性等问题，以满足实际应用需求。
三、微纳电子器件的制造技术微纳电子器件的制造技术是实现微纳电子学的关键。
常用的微纳制造技术包括光刻、薄膜沉积、离子注入和电子束曝光等。
光刻是一种常用的制造技术，通过光刻胶的曝光和显影，将所需的器件图形转移到硅片表面。
微纳加工技术在集成光子学器件制造过程中的应用在集成光子学器件制造过程中，微纳加工技术的应用正发挥着越来越重要的作用。
微纳加工是一种以微米和纳米尺度制造器件和结构的技术，通过精细的控制和加工，可以实现对光子学器件的高度集成、小型化和高性能化。
本文将详细介绍微纳加工技术在集成光子学器件制造过程中的应用，并分析其优势和挑战。
首先，微纳加工技术在光子学器件制造中的应用主要体现在以下几个方面：1. 光波导的制备：在集成光子学器件中，光波导是起到导光、分光和耦合等重要作用的核心部件。
微纳加工技术可以通过利用光刻技术、干法刻蚀、离子束刻写等工艺，制备出各种结构的光波导。
例如，可以制备出SiO2/Si3N4光波导、聚合物光波导等，实现对光信号的准确引导和控制。
2. 光子晶体的制造：光子晶体是一种具有周期性折射率变化的结构，在光子学器件中有着重要的应用。
微纳加工技术可使用多种方法制造光子晶体结构，如电子束曝光、反应离子刻蚀等，可以准确控制折射率的变化，实现对光信号的高效操控。
3. 光探测器和光放大器的制备：微纳加工技术也可以用于制备光探测器和光放大器等器件。
通过细致的加工工艺，可以制备出高性能的光探测器和光放大器，实现对光信号的高灵敏度检测和放大。
在集成光子学器件制造过程中，微纳加工技术具有以下优势：1. 高度集成：微纳加工技术能够实现对光子学器件的高度集成，使得多个光学元件可以在一个芯片上实现，从而大幅度减小了器件的尺寸和重量。
高度集成带来的优势包括简化器件结构、降低功耗、提高整体性能等。
2. 高精度加工：微纳加工技术能够实现对光学器件的高精度加工，减小器件尺寸的同时，保持较高的性能。
高精度加工使得光波导、光子晶体等器件的制备更加精确，光信号的操控和调控更加可靠和稳定。
3. 应用广泛：微纳加工技术不仅可以应用于光通信领域，还可以应用于生物医学、光电子学、传感器等领域。
光通信领域是微纳加工技术最早及应用最广泛的领域之一，通过微纳加工技术制造的光子学器件可以应用于光纤通信、无线通信等领域。
微纳光子学技术与器件研究引言微纳光子学技术是一门关注光的微观与纳米尺度的研究领域，其研究目标是利用光子学的原理和技术来控制和操控光的行为以及开发基于光的新型器件。
随着纳米科技的迅速发展，微纳光子学技术在许多领域中展现出极大的潜力和应用前景。
本文将着重介绍微纳光子学技术的原理、器件研究和未来发展方向。
1. 微纳光子学技术的原理微纳光子学技术是将光学和微纳米领域的知识相结合，通过微纳米尺度的结构与物质相互作用来探索光的特性和行为。
其中包括利用光的波粒二象性、光的传输与传播、光-物质相互作用等原理。
在微纳光子学技术中，光的传输和操控基于波导、光学晶格、超材料等微纳米结构，以实现对光的路由、调制和控制。
2. 微纳光子学器件的研究2.1 基于波导的器件波导是微纳光子学中重要的器件之一，其主要功能是传输光信号。
微纳光子学技术通过设计不同波导结构，如平面波导、光纤、光子晶体波导等，实现对光信号的传输和分配。
平面波导可以用于光芯片中的光信号传输，而光子晶体波导提供了对光信号的高度控制和调制。
2.2 基于微结构的器件微纳光子学技术通过微纳米结构的设计和制备来实现对光信号的调控。
例如，在微纳米尺度的结构表面上制备周期性的光栅或金属纳米结构，可实现光的聚焦、分光、散射等功能。
此外，还可以通过在微纳米结构表面引入介质波导或介电薄膜，实现对光的调制和控制。
2.3 基于纳米材料的器件纳米材料在微纳光子学器件中具有重要的作用。
例如，纳米颗粒可以通过表面等离激元共振现象来增强光的场强度，从而实现对光的控制和增强。
此外，纳米线、纳米带等纳米材料也可以被用于制备纳米波导和纳米光源。
3. 微纳光子学技术的应用领域3.1 生物医学微纳光子学技术在生物医学领域有着广泛的应用。
例如利用微纳结构来实现对生物标记物的高灵敏检测，或者通过光操控来实现对细胞的操控与治疗。
此外，微纳光子学技术还被应用于光学成像、光学传感和光学诊断等领域。
3.2 通信与信息处理微纳光子学技术在通信与信息处理领域也有着重要的应用。
基于微纳加工技术的光子集成器件研究与制备光子集成器件是当今光通信和光电子领域的重要研究方向之一。
随着信息时代的到来，对高速、高密度、低功耗的通信设备和计算器件的需求越来越迫切。
而基于微纳加工技术的光子集成器件正是实现高速光通信和光电子应用的关键。
一、研究意义及背景在传统的光通信系统中，通信设备往往需要大量的光纤、光电器件和光电网络组成，不仅占用空间大，而且耗能严重。
而光子集成器件则可以将多个功能集成到一个芯片上，实现更小、更轻巧、更低功耗的设备。
它可以实现光发射、光传输、光探测、光调制等多种功能，极大地提高了通信设备的性能和性价比。
二、微纳加工技术在光子集成器件中的应用微纳加工技术是制备光子集成器件的核心技术之一。
通过微纳加工技术，可以将纳米级的光学器件、电子器件和光纤等材料结合在一起，形成一个完整的光子集成芯片。
微纳加工技术主要包括光刻、薄膜沉积、离子注入、激光退火等工艺步骤。
这些工艺步骤的优化和精确控制，对于制备高性能的光子集成器件至关重要。
三、光子集成器件的研究进展目前，国内外在光子集成器件的研究和制备方面取得了一系列的突破。
例如，利用微纳加工技术制备的光子集成芯片光栅波导耦合器具有较高的耦合效率和较低的插入损耗。
光子集成芯片中的微环谐振器可以实现滤波器、激光、调制器等多种功能，且体积小、功耗低。
此外，光子晶体结构在光子集成器件中的应用也越来越广泛，可以实现高效的光传输和光调制。
四、光子集成器件的制备挑战和解决方案尽管光子集成器件在理论和实验上已经取得了很大的进展，但仍面临一些挑战。
首先，光子集成器件的制备工艺需要高度的精密控制和复杂的工艺流程。
其次，目前光子集成器件的制备成本较高，难以大规模应用。
为了解决这些问题，科研人员提出了一系列解决方案。
例如，通过设计优化光子集成器件的结构，可以提高功耗、减小尺寸和降低制备成本。
同时，利用自组装技术和纳米精密加工技术，可以进一步提高器件的制备精度和可靠性。
《微电子制造技术》课程教学大纲课程代码：ABJD0514课程中文名称:微电子制造技术课程英文名称：Microe1ectronicsManufacturingTechno1ogy课程性质：选修课程学分数：2.5学费呢课程学时数：40学时授课对象：电子科学与技术专业本课程的前导课程：固体物理，半导体物理，微电子技术基础一、课程简介《微电子制造技术》是一门电子科学与技术专业的核心专业课程，所涉及到的专业技术内容有：集成电路制备的薄膜制备、光刻、掺杂、热处理等基础工艺，集成电路制造领域内新材料的制备工艺原理，改变集成电路制造领域内材料层属性的工艺，以及封装和污染控制等基础微电子制造技术。
旨在培养电子科学与技术专业的学生，能够成为在微电子制造行业内掌握相关理论基础和了解系统制备工艺技术的人才，使得学生可以胜任微电子制造行业内的新材料和新技术的研发、设计、工艺制备和性能测试等方面的生产和研究工作。
二、教学基本内容和要求第一章集成电路制造工艺概述主要教学内容：（1）、集成电路的发展历史与未来趋势；（2）、集成电路设计简介；（3）、集成电路的四项基础工艺概述。
教学要求1）掌握集成电路的工艺设计和版图设计。
2）了解集成电路制备的薄膜制备、光刻、掺杂、热处理等基础工艺。
重点：集成电路的设计。
难点：薄膜制备、光刻、掺杂、热处理等几项基础工艺特征。
第二章集成电路有源元件和工艺流程主要教学内容：（1）半导体元器件的生成；（2）集成电路的形成；（3）集成电路的制造工艺。
教学要求：1）了解半导体元器件的生成。
2）了解集成电路的形成。
3）掌握双极型硅晶体管工艺、TT1集成电路的工艺、MOS器件工艺、Bi-CMoS工艺。
重点：了解半导体元器件的生成和集成电路的形成。
难点：掌握双极型硅晶体管工艺、TT1集成电路的工艺、MOS器件工艺、Bi-CMOSI艺。
第三章新材料生成类工艺主要教学内容：（1）物理气相淀积；（2）化学气相淀积：（3）硅外延和多晶硅的化学气相淀积；（4）化学气相淀积二氧化硅薄膜；（5）化学气相淀积氮化硅薄膜；（6）金属化；（7）薄膜的台阶覆盖：（8）薄膜性能表征；（9）真空技术。
