纳米电子学基础

第－部分 纳米尺度物理学基础

第1章 纳电子学简介

1.1 “自上而下”路线

1.1.1 光刻（曝光）

1.2 “自下而上”路线

1.3 为什么学习纳电子学

1.4 纳米技术的潜力

1.5 本章要点

1.6 练习题

第2章 经典粒子、经典波和量子粒子

2.1 经典系统和量子系统的比较

2.2 量子力学的起源

2.3 光的波动性和光的粒子性

2.3.1 早期的认识：光是粒子或者可能是波

2.3.2 稍后的认识：光是波

2.3.3 最终，光是量子粒子

2.4 电子的粒子性与波动性

2.4.1 早期的认识：电子是粒子

2.4.2 晚－些时候：电子（和其他所有东西）是量子粒子

2.4.3 量子力学的进－步发展

2.5 波包与不确定性

2.6 本章要点

2.7 练习题

第3章 电子的量子力学

3.1 量子力学的基本假设

3.1.1 算符

3.1.2 本征值和本征函数

3.1.3 厄米算符

3.1.4 量子力学中的算符

3.1.5 测量概率

3.2 不含时薛定谔方程

3.2.1 波函数的边界条件

3.3 量子力学和经典电磁理论之间的类比

3.4 概率流密度

3.5 多粒子系统

3.6 自旋和角动量

3.7 本章要点

3.8 练习题

第4章 自由电子和受束缚电子

4.1 自由电子

4.1.1 －维空间

4.1.2 三维空间

4.2 金属的自由电子气理论

4.3 限制在有限空间区域中的电子和量子数

4.3.1 －维空间

4.3.2 三维空间

4.3.3 周期性边界条件

4.4 费米能级和化学势

4.5 部分受限电子－－有限势阱

4.5.1 有限矩形势阱

4.5.2 抛物线形势阱－－谐振子

4.5.3 三角形势阱

4.6 限制在原子中的电子－－氢原子和周期表

4.6.1 氢原子和量子数

4.6.2 氢原子之后－－多电子原子和周期表

4.7 量子点、量子线和量子阱

4.7.1 量子阱

4.7.2 量子线

4.7.3 量子点

4.8 本章要点

4.9 练习题

第5章 周期势中的电子－－固体能带论

5.1 晶体材料

5.2 周期势中的电子

5.3 能带结构的克勒尼希－彭尼模型

5.3.1 有效质量

5.4 固体能带论

5.4.1 半导体中的掺杂

5.4.2 相互作用系统模型

5.4.3 电场对能带的作用

5.4.4 －些半导体的能带结构

5.4.5 电子的能带跃迁－－电磁能与材料的相互作用

5.5 石墨片与碳纳米管

5.5.1 石墨片

5.5.2 碳纳米管

5.6 本章要点

5.7 练习题

第二部分 革电子和少电子的现象与器件

第6章 隧道结与隧穿的应用

6.1 穿过势垒的隧穿

6.2 材料界面处的势能分布

6.2.1 金属－绝缘体结、金属－半导体结和金属－绝缘体－金属结

6.3 隧穿的应用

6.3.1 场发射

6.3.2 MOSFETs中的栅氧化物隧穿与热电子效应

6.3.3 扫描隧道显微镜

6.3.4 双势垒隧穿和共振隧穿二极管

6.4 本章要点

6.5 练习题

第7章 库仑阻塞与单电子三极管

7.1 库仑阻塞

7.1.1 纳电容器中的库仑阻塞

7.1.2 隧道结

7.1.3 电流源激励的隧道结

7.1.4 量子点电路中的库仑阻塞

7.2 单电子三极管

7.2.1 单电子三极管逻辑

7.3 其他SET与FET结构

7.3.1 碳纳米管三极管（FETs与SETs）

7.3.2 半导体纳米线FETs与SETs

7.3.3 分子SETs和分子电子学

7.4 本章要点

7.5 练习题

第三部分 多电子现象

第8章 粒子统计和态密度

8.1 态密度

8.1.1 低维结构的态密度

8.1.2 半导体的态密度

8.2 经典和量子统计

8.2.1 材料中的载流子浓度

8.2.2 费米电子的重要性

8.2.3 半导体中的平衡载流子浓度和费米能级

8.3 本章要点

8.4 练习题

第9章 半导体量子阱、量子线和量子点模型

9.1 半导体异质结和量子阱

9.1.1 限制模型和二维电子气

9.1.2 量子阱中的能带跃迁

9.2 量子线和纳米线

9.3 量子点和纳米粒子

9.3.1 半导体量子点的应用

9.3.2 等离激元共振和金属纳米粒子

9.3.3 功能化的金属纳米粒子

9.4 纳米结构的加工技术

9.4.1 光刻

9.4.2 纳米压印制图技术

9.4.3 分裂门技术

9.4.4 自组装

9.5 本章要点

9.6 练习题

第1O章 纳米线、弹道输运和自旋输运

10.1 经典和半经典输运

10.1.1 电导的经典理论――自由电子气模型

10.1.2 电导的半经典理论――费米气体模型

10.1.3 经典电导和电阻

10.1.4 金属纳米线的电导率――线半径的影响

10.2 弹道输运

10.2.1 电子碰撞和长度标度

10.2.2 弹道输运模型

10.2.3 量子电阻和电导

10.2.4 量子电阻的起源

10.3 碳纳米管和纳米线

10.3.1 纳米线半径对波速的影响和损耗

10.4 自旋输运和自旋电子学

10.4.1 自旋输运

10.4.2 自旋电子器件和应用

10.5 本章要点

10.6 练习题

附录A 符号和缩略语

附录B 材料的物理性质

附录C 传统MoSFET

附录D 练习题解答

参考文献

本书由美国威斯康星大学George W.Haanson教授编著，是一本较好的纳电子学方面的基础读物。本书从纳电子学的两大基础——量子力学和固体物理学入手，分析了量子阱、量子线、量子点、碳纳米管等纳米材料的电子结构，深入讨论了纳电子器件的两个基本概念——单电子现象和电导量子化，并介绍了纳电子学两个前沿课题——分子电子学和自旋电子学。本书的突出特点是内容简明扼要，论述条理清楚，既系统简述了作为纳电子学核心的原理和现象，也涵盖了必要的基础物理知识。 　　本书适合作为高年级本科生和低年级研究生系统学习纳电子学的基础教材，也可作为刚刚步入这一领域的研究人员的入门参考书。

本书适合作为高年级本科生和低年级研究生系统学习纳电子学的基础教材，也可作为刚刚步入这一领域的研究人员的入门参考书。