半導(dǎo)體雷射超導(dǎo)體

1、半導(dǎo)體雷射超導(dǎo)體第1頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-1-2 雷射8-1 半導(dǎo)體、雷射、超導(dǎo)體 8-1-1 半導(dǎo)體8-1-3 超導(dǎo)體第2頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-1-1 半導(dǎo)體半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介於金屬導(dǎo)體和絕緣體之間的一種材料。2 of 17製作半導(dǎo)體的方式是將上述晶體內(nèi)加入微量的雜質(zhì)原子，可以改變它的導(dǎo)電能力。例如：矽、鍺、砷化鎵等晶體利用半導(dǎo)體材料，可製成二極體、電晶體等電子零件。第3頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-1-1 半導(dǎo)體3 of 17二極體有把交流電改為直流電的整流能力。這兩種元件體積非

2、常小，使電子產(chǎn)品的微型化成為可能。電晶體具有放大交流電訊號(hào)的能力第4頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-1-1 半導(dǎo)體電晶體自1947年發(fā)明後，造成電子工業(yè)革命。4 of 171958年後，又發(fā)展出積體電路技術(shù)，按照設(shè)計(jì)的電路，將需要的電晶體、二極體、電阻、電容等零件製作在邊長(zhǎng)數(shù)毫米、如紙薄的晶片上。每一個(gè)小晶片都是完整的電路，故稱為積體電路(IC)。3000倍晶圓小晶片封裝成品第5頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-1-1 半導(dǎo)體電路的進(jìn)展：5 of 171940年真空管電路：體積最大、耗電最高、不穩(wěn)定1950年電晶體電路：體積小、耗電低、

3、穩(wěn)定1958年積體電路(IC)：體積最小、耗電最低、穩(wěn)定積體電路使電器能輕、薄、短、小，為生活帶來(lái)許多便利。一片晶圓就可以生產(chǎn)出數(shù)十個(gè)積體電路(IC)小晶片，所以IC能大量生產(chǎn)，故成本大為降低。第6頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二(1)半導(dǎo)體在導(dǎo)電能力上與導(dǎo)體、絕緣體有何差異？(2)二極體與電晶體各有何重要功能?(3)何謂IC技術(shù)？習(xí)題8-1解： (1)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介於導(dǎo)體、絕緣體之間。8-1-1 半導(dǎo)體6 of 17 (2)二極體整流；電晶體放大交流電訊號(hào) (3)IC積體電路(integrated circuit)技術(shù)第7頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，1

4、7點(diǎn)43分，星期二8-1-2 雷射英文全名是 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，縮寫為L(zhǎng)ASER。7 of 17雷射是用量子力學(xué)知識(shí)得到的重大發(fā)明之。1958年，美國(guó)人湯斯提出構(gòu)想。1960年，由美國(guó)人的梅曼成功利用紅寶石製成紅光雷射。其後數(shù)年內(nèi)，其他物理學(xué)家陸續(xù)發(fā)明用不同材料製成發(fā)出不同顏色的雷射光。第8頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-1-2 雷射雷射光具有準(zhǔn)直性、光度強(qiáng)、光束不發(fā)散的特性。8 of 17雷射可以應(yīng)用在工程、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事、商業(yè)、科學(xué)研究等許多方面。雷射在工程上的應(yīng)用

5、： 測(cè)量直線利用雷射光從光源至目標(biāo)物來(lái)回反射的時(shí)間便能計(jì)算出兩點(diǎn)間的距離。 測(cè)量距離利用雷射的準(zhǔn)直性導(dǎo)引隧道工程開挖的方向。註：1969年，美國(guó)在登陸月球時(shí)裝置反射鏡，藉此反射雷射光測(cè)得地球與月球的距離第9頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-1-2 雷射9 of 17雷射在工業(yè)、醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用： 切割工具可將雷射光能量集中在挾小範(fàn)圍，因此可作為方便有效的高熱源，例如二氧化碳雷射。在工業(yè)上，雷射用於金屬的切割和精密加工。在醫(yī)學(xué)上，可當(dāng)作手術(shù)刀使用，不但精密，而且由於切口的燒烙作用，幾乎不會(huì)出血。如：雷射近視手術(shù)或利用光纖導(dǎo)引到體內(nèi)做內(nèi)視鏡手術(shù)可將病變組織燒除、汽化。同理可

6、以除疤、除胎記、除紋身等。 第10頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-1-2 雷射10 of 17雷射在軍事上的應(yīng)用： 雷射導(dǎo)引精靈炸彈利用紅外線雷射光的導(dǎo)引，能自動(dòng)調(diào)整飛行方向朝向目標(biāo)，進(jìn)行精確的轟炸任務(wù)。雷射在生活上的應(yīng)用： 超級(jí)市場(chǎng)利用雷射光掃描包裝盒上的條碼。 影音光碟利用雷射光聚焦在光碟片上打洞，將數(shù)位資料存入光碟，也可從光碟中讀取數(shù)位資料。(圖中小洞大約微米尺寸)第11頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二(4)和普通光相比，雷射光有何主要特性？(5)除了課文中所舉有關(guān)雷射光的應(yīng)用例子外，試從日常生活中舉出一見(jiàn)應(yīng)用雷射光的實(shí)例。習(xí)題8-

7、1解： (4)光度強(qiáng)、光束不發(fā)散。8-1-2 雷射11 of 17 (5)雷射筆(LASER pointer)第12頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-1-3 超導(dǎo)體12 of 17常溫下，所有物體都有電阻，但某些物體若冷卻至轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，其電阻會(huì)完全消失，此時(shí)稱該物體進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)。在超導(dǎo)態(tài)時(shí)，若在其內(nèi)引發(fā)電流，則此電流可持續(xù)流轉(zhuǎn)不息，不會(huì)衰減，稱永久電流。1911年，荷蘭物理學(xué)家翁內(nèi)斯利用液態(tài)氦發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。 (液態(tài)氦沸點(diǎn)為-269或4K)第13頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-1-3 超導(dǎo)體13 of 171933年以後，德國(guó)物理學(xué)家麥

8、士納發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體另外具有完全的反磁性，即對(duì)外加磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生排斥作用，下圖為普通磁鐵上方的超導(dǎo)體，因排斥作用而懸浮上方。超導(dǎo)體普通磁鐵液態(tài)氮上方的水氣形成了霧第14頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-1-3 超導(dǎo)體14 of 17零電阻的特性可應(yīng)用於傳輸電線、強(qiáng)力馬達(dá)、高效率發(fā)電機(jī)等。但是當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)金屬的轉(zhuǎn)變溫度都極低，得用昂貴的液態(tài)氮來(lái)冷卻，不合經(jīng)濟(jì)效益。在1986年以後，發(fā)現(xiàn)新型的金屬氧化物超導(dǎo)材料，其轉(zhuǎn)變溫度大幅提高到-148，故稱為高溫超導(dǎo)體，但質(zhì)脆不易製成線狀，為其缺點(diǎn)。高溫超導(dǎo)只需要用廉價(jià)的液態(tài)氮(沸點(diǎn)-196或77K)作為冷卻劑，提高了應(yīng)用價(jià)值?？茖W(xué)家還在努力尋

9、找是否有室溫超導(dǎo)體。第15頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-1-3 超導(dǎo)體15 of 17超導(dǎo)體內(nèi)所能承受的電流也有上限，稱臨界電流。超過(guò)此上限，超導(dǎo)態(tài)立刻消失，恢復(fù)成有電阻的正常態(tài)，使初期的超導(dǎo)研究頗受挫折?，F(xiàn)今的高溫超導(dǎo)體，其轉(zhuǎn)變溫度較高、臨界電流較高，因此具有較高的實(shí)用價(jià)值?，F(xiàn)今高溫超導(dǎo)體已經(jīng)在應(yīng)用的方面有： 超強(qiáng)磁鐵、醫(yī)療用的核磁共振MRI、磁浮列車等。第16頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二(6)何謂超導(dǎo)體？其主要特性為何？(7)超導(dǎo)體中，何謂臨界電流？(8)何謂高溫超導(dǎo)體？習(xí)題8-1解： (6)溫度低於轉(zhuǎn)變溫度時(shí)物體電阻消失現(xiàn)象，

10、其電阻為零、可引發(fā)永久電流、具完全反磁性。8-1-3 超導(dǎo)體16 of 17 (7)超導(dǎo)體內(nèi)可承受的最大電流，超過(guò)此上限，超導(dǎo)現(xiàn)象消失，物體回復(fù)原來(lái)有電阻的狀態(tài)。 (8)轉(zhuǎn)變溫度較高的超導(dǎo)體。第17頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二網(wǎng)路資源： 1.雷射17 of 17第18頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2 液晶、電漿 8-2-1 液晶8-2-2 電漿第19頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-1 液晶1888年奧地利植物學(xué)家雷尼哲發(fā)現(xiàn)一種由植物中分離出的物質(zhì)具有兩個(gè)熔點(diǎn)，當(dāng)時(shí)他認(rèn)為原因是樣品為不純的混合物。2

11、of 22於是他將樣品純化，重作實(shí)驗(yàn)，但結(jié)果仍然一樣，困惑的他，求教於當(dāng)時(shí)德國(guó)著名的晶體學(xué)專家李曼。李曼利用可加熱的偏光顯微鏡研究後，確認(rèn)它是一種因熱而導(dǎo)致的新型態(tài)，兼具液態(tài)和固態(tài)的特性，故命名為液態(tài)晶體。第20頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-1 液晶液態(tài)晶體(Liquid crystal)簡(jiǎn)稱為液晶。3 of 22固體內(nèi)部原子或分子是整齊有序的排列，故形狀一定；液體內(nèi)部則雜亂無(wú)序，可以流動(dòng)而無(wú)一定形狀。液晶是有機(jī)物的分子組成，其分子像液體一樣可流動(dòng)，但分子排列又保有部份的有序性，因此它的性質(zhì)介於液態(tài)和固態(tài)之間。第21頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17

12、點(diǎn)43分，星期二8-2-1 液晶液晶分子的形狀大多為柱狀體，其長(zhǎng)度約2奈米(2x10-9m)，也有呈盤狀或圓錐狀的液晶分子。4 of 22右圖為加熱固態(tài)晶體使其轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿行拖鄳B(tài)液晶再繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛄行拖鄳B(tài)液晶最後變?yōu)橐簯B(tài)的示意圖。第22頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-1 液晶5 of 22層列型液晶平整面積小具有方向性向列型液晶偏光顯微鏡下所看到的液晶平整面積大呈現(xiàn)不同色彩第23頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-1 液晶液晶可應(yīng)用於顯示文字和圖像，稱為液晶顯示器(Liquid Crystal Display，簡(jiǎn)稱LCD)。6 of

13、 22最早問(wèn)世於1968年，由於LCD具有省電、體積小，因此具有方便實(shí)用的性質(zhì)，適用於電子錶面、電子儀表板、電腦顯示幕、投影機(jī)等。液晶分子的排列除了受熱影響也會(huì)受到電場(chǎng)或磁場(chǎng)的影響，因此可藉由施加電場(chǎng)來(lái)控制液晶的排列，拓展液晶的應(yīng)用價(jià)值。第24頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-1 液晶下圖為扭轉(zhuǎn)向列型液晶顯示器(簡(jiǎn)稱TN型LCD)的構(gòu)造圖。7 of 22偏光片：負(fù)責(zé)濾光。配向膜：具有直條狀刮痕的薄膜，引導(dǎo)液晶分子排列方向。中間填入液晶分子，。第25頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-1 液晶其中偏光片的功能是濾光，當(dāng)光的電場(chǎng)方向(偏

14、振方向)與偏光片方向平行時(shí)，則光可通過(guò)，如圖左。8 of 22當(dāng)光的電場(chǎng)方向與偏光片方向垂直時(shí)，則光無(wú)法通過(guò)，如圖右?？梢韵胂癯珊Y子(偏光片)與義大利麵(光的偏振方向)。偏光片2偏光片1第26頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二夾在中間的液晶分子受到的束縛力較小，因此會(huì)均勻的作螺旋狀排列。8-2-1 液晶注意上、下兩層的偏光片以及配向膜，其方向各自互相垂直！9 of 22最上層與最下層的液晶分子受配向膜溝槽束縛，故順著溝槽排列。第27頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-1 液晶光的電場(chǎng)方向會(huì)順著液晶分子的長(zhǎng)軸偏轉(zhuǎn)，當(dāng)光到達(dá)上層偏光片時(shí)剛好轉(zhuǎn)了

15、90度，便可順利通過(guò)上方的偏光片，看起來(lái)就是一個(gè)亮點(diǎn)。10 of 22第28頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-1 液晶11 of 22當(dāng)我們接上電源，液晶分子會(huì)被電場(chǎng)吸引而立起來(lái)變成垂直排列，結(jié)果無(wú)法影響光的偏振方向。失去了液晶分子影響的光，由B到A的過(guò)程中方向就不會(huì)改變，因此無(wú)法通過(guò)上方的偏光片，看起來(lái)就是一個(gè)暗點(diǎn)。有電不透光無(wú)電透光第29頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-1 液晶12 of 22控制電場(chǎng)亮、暗就是控制液晶分子就是控制光通不通過(guò)黑白顯示器。亮暗第30頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二(9)

16、何謂液晶？(10)何謂LCD?(11)簡(jiǎn)述扭轉(zhuǎn)向列型液晶顯示器(TN型LCD)的原理。習(xí)題8-2解： (9)分子狀態(tài)介於固態(tài)與液態(tài)之間的液晶態(tài)稱之。 (10)利用液晶做的顯示器(Liquid Crystal Display)。 (11)控制電場(chǎng)控制液晶分子排列 光通不通過(guò)亮或暗。8-2-1 液晶13 of 22第31頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-2 電漿像這種由可自由移動(dòng)的電子和正離子組成的混合態(tài)，稱為電漿(Plasma)或是電離體，具有導(dǎo)電性，被認(rèn)為是物質(zhì)的第四態(tài)。14 of 22持續(xù)加熱固態(tài)物質(zhì)，會(huì)變成液態(tài)，繼之會(huì)變成液態(tài)。若繼續(xù)加熱到非常高的溫度會(huì)如何

17、呢？原子內(nèi)的束縛電子得到足夠的能量，便能夠脫離原子核的束縛，原子便分離成自由電子與帶正電的原子核。第32頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-2 電漿15 of 22利用直接加熱、光照射或施加高電壓等各種方法，均可使氣態(tài)的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成電漿。右圖為利用多支強(qiáng)力雷射照射固態(tài)氘和氚的混合物，產(chǎn)生電漿，可以進(jìn)行核融合。第33頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-2 電漿16 of 22右圖為市面上常見(jiàn)擺飾用的電漿球，我們?cè)陔姖{球的中心施加有高頻率的交流高電壓，所產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)，使封入求內(nèi)的氖氣游離成電漿而發(fā)光，像閃電一樣。第34頁(yè)，共62頁(yè)，2022

18、年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-2 電漿17 of 22右圖為電腦控制電漿切割機(jī)，可精確切割大面積金屬板。下圖為產(chǎn)生電漿噴嘴的構(gòu)造示意圖，電漿的溫度可高達(dá)約攝氏一萬(wàn)六千度。噴嘴外側(cè)的屏蔽氣體常為惰性氣體，可隔絕氧氣避免噴嘴被氧化，另外更限制了噴出電漿的半徑，控制切口的大小，即精確切割的由來(lái)。第35頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-2 電漿18 of 22電漿電視的上的每一個(gè)像素，是由藍(lán)、綠、紅三個(gè)小色素點(diǎn)所組成的，這三種光混合形成彩色。第36頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-2 電漿19 of 22每個(gè)小色素點(diǎn)(小房間

19、)都填入氦、氬混合氣體。在小房間上、下通電，使氣體轉(zhuǎn)變?yōu)殡姖{，放出紫外線，照射內(nèi)壁的磷光塗劑而發(fā)出光。第37頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-2-2 電漿20 of 22塗上藍(lán)光塗劑的小房間會(huì)發(fā)出藍(lán)光，同理可塗上會(huì)發(fā)出綠、紅色光的塗劑，負(fù)責(zé)發(fā)出綠、紅光。電漿電視有大面積、高明暗對(duì)比、反應(yīng)速度快、厚度薄的優(yōu)勢(shì)。總結(jié)電漿可應(yīng)用於核融合、金屬精確切割、電漿電視等方面。第38頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二(12)何謂電漿？如何使氣體的物質(zhì)形成電漿？(13)簡(jiǎn)述電漿電視的原理。習(xí)題8-2解： (12)由自由移動(dòng)的電子與正離子混合組成者稱之 。直接加

20、熱、照光、通高壓電。 (13)由各自發(fā)出藍(lán)、綠、紅光的三個(gè)色素點(diǎn)組成一個(gè)像素，形成彩色。每個(gè)色素點(diǎn)內(nèi)填入氦、氬混合氣體，通以高壓電使之游離成電漿，放出紫外光，照色磷光塗劑，發(fā)出光的三原色。21 of 228-2-2 電漿第39頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二網(wǎng)路資源： 1.液晶顯示器 22 of 22第40頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3 奈米科技 8-3-1 奈米尺度8-3-2顯微技術(shù)8-3-3奈米科技發(fā)展第41頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-1 奈米尺度奈米是長(zhǎng)度單位名稱， 1nm=10-9 m。2

21、 of 21奈米大約是一根頭髮直徑的十萬(wàn)分之一。因此奈米尺度是介於微米尺度原子尺度之間的尺寸大小。奈米大約是原子直徑的35倍。註：頭髮直徑大約100 m = 100 x10-6m註：原子直徑大約 0.20.4 nm第42頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-1 奈米尺度在最佳的情況下，人眼的鑑別率約為0.2mm，古有云明察秋毫(毫米)。3 of 21光學(xué)顯微鏡約為0.2m，所以顯微鏡可輕易看見(jiàn)細(xì)胞。電子顯微鏡是觀察電子訊號(hào)的一種顯微技術(shù)，其鑑別率大約在30.2nm之間，分辨原子有點(diǎn)難。因此傳統(tǒng)的顯微技術(shù)是無(wú)法看清楚固體表面原子排列的情形。註：鑑別率，在能分辨出相鄰兩

22、點(diǎn)的情況下，兩點(diǎn)所能接近的最小距離。第43頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二(14)何謂奈米？習(xí)題8-3解： (14)奈米是長(zhǎng)度單位名稱， 1nm=10-9 m。4 of 218-3-1 奈米尺度第44頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-2 顯微技術(shù)利用一根針尖很細(xì)的金屬探針(常用鉑、鎢或鎳製作而成)。5 of 211981年，美國(guó)IBM公司所屬的兩名科學(xué)家，德國(guó)人賓尼格與瑞士人羅勒，發(fā)明了掃描穿隧顯微鏡，簡(jiǎn)稱為STM，兩人於1986年獲頒諾貝爾物理獎(jiǎng)。100 m第45頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-2 顯

23、微技術(shù)6 of 21將針尖與導(dǎo)體樣品的表面靠的很近很近，通電後會(huì)產(chǎn)生微小的電子流(稱為穿隧電流)。其鑑別率可高達(dá)0.02nm，可以清楚顯示出導(dǎo)電晶體表面的原子排列圖像。穿隧電流會(huì)隨針尖與樣品的距離而劇烈改變，藉此知道表面的原子起伏。第46頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-2 顯微技術(shù)7 of 21利用STM顯微技術(shù)，可清楚顯現(xiàn)出白金晶體表面所吸附的碘原子(紫色隆起的半球物)。圖像的長(zhǎng)、寬各為2.5nm。(顏色是電腦著色。)未吸附碘原子 的缺陷碘原子白金表面第47頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-2 顯微技術(shù)8 of 21但STM要

24、偵測(cè)電子流(穿隧電流)，故只能應(yīng)用在導(dǎo)體表面上，在絕緣體表面則無(wú)法發(fā)揮功效。同一年，賓尼格和史坦福大學(xué)教授奎特合作發(fā)明了另一種原子顯像儀器，適用於任何物體的表面掃描，稱為原子力顯微鏡，簡(jiǎn)稱AFM。第48頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-2 顯微技術(shù)9 of 21利用微影蝕刻技術(shù)，在矽晶體上做出一支頂端附有探針的懸臂，針尖極細(xì)。20nm? nm第49頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-2 顯微技術(shù)10 of 21 把細(xì)小的針尖靠近樣品表面，針尖原子感受到樣品表面原子的作用力，而隨之高低起伏。利用雷射光與光偵測(cè)器來(lái)偵測(cè)並放大探針的起伏，

25、即可知道樣品表面原子的高低起伏。註：原子間的作用力存在何處？現(xiàn)在，把你的手放在桌上，用力壓，你的手是不是還在桌面上呢？並沒(méi)有因?yàn)橄聣憾嵢胱雷友e吧？那就是原子間的排斥力在作用喔！第50頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-2 顯微技術(shù)11 of 21左圖為利用AFM，所得到的矽晶體表面原子排列圖像。右圖為SARS冠狀病毒出現(xiàn)在受感染的細(xì)胞表面上，掃描面積長(zhǎng)、寬各為1m。第51頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-2 顯微技術(shù)12 of 21左、中圖為利用AFM，所得到的CD、DVD表面紀(jì)錄的數(shù)位訊號(hào)0與1，圖像邊長(zhǎng)均為10m，可看出DVD

26、的容量大多了。右圖為利用STM搬運(yùn)矽原子得到的結(jié)果，是不是與光碟數(shù)位訊號(hào)很像呢？注意比例尺為10nm，代表這個(gè)未來(lái)的儲(chǔ)存裝置容量比DVD大的多喔！第52頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-2 顯微技術(shù)13 of 21下面三張圖為利用AFM操控DNA分子所排列出來(lái)的三個(gè)英文字母，DNA?？闯鰜?lái)了嗎？第53頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-2 顯微技術(shù)14 of 21STMAFM偵測(cè)穿隧電流原子間作用力適用範(fàn)圍限導(dǎo)體導(dǎo)體、絕緣體、生物體鑑別率0.02nm0.02nm功能顯微、操控原子下表為STM與AFM的兩種顯微技術(shù)比較：STM與AFM

27、統(tǒng)稱為掃描探針顯微術(shù)(SPM)，不僅用於顯示原子圖像，也可以用於操控原子。第54頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二(15)STM的鑑別率約為光學(xué)顯微鏡的幾倍？(16)何謂掃描探針顯微術(shù)？(17)STM和AFM用於顯示原子圖像的原理有何不同？習(xí)題8-3解： (15)0.2m/0.02nm一萬(wàn)倍。 (16)利用探針掃描樣品表面，得到表面圖像者稱之，如：STM、AFM等。15 of 21 8-3-2 顯微技術(shù) (17)STM偵測(cè)穿隧電流，限導(dǎo)電樣品；AFM偵測(cè)原子力，導(dǎo)體、絕緣體、生物體均可掃描。第55頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-3 奈米科技發(fā)展16 of 21目前製作積體電路的光學(xué)微影蝕刻技術(shù)的極限約為100奈米左右，如90奈米製程的CPU等，意思是CPU中每條導(dǎo)線的寬度是90奈米。利用經(jīng)過(guò)化學(xué)處理的AFM探針，直接在晶體表面上刻畫直線，線條的寬度可縮小至15奈米左右，如圖所示。利用此奈米蝕刻技術(shù)，將來(lái)的IC晶片體積將更小、功能更強(qiáng)。第56頁(yè)，共62頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)43分，星期二8-3-3 奈米科技發(fā)展17 of 21當(dāng)物體大小縮至奈米的尺寸時(shí)，因其僅由數(shù)個(gè)或數(shù)十個(gè)原子組成，其性質(zhì)和一般由許多原子組成的物體會(huì)有顯著的不同。