半導體材料的光吸收，過程及原理半導體材料通常能強烈地吸收光能，具有數(shù)量級為105cm-1的吸收系數(shù)。本征吸收：光照后，電子由價帶向導帶的躍遷所引起的光吸收稱為本征吸收。光子能量滿足的條件：其中， 是發(fā)生本征吸收的最低頻率限，相應的為長波極限，稱為半導體的本征吸收限。本征吸收長波限的公式：本征吸收：直接躍遷和間接躍遷。直接躍遷一一直接帶隙半導體電子吸收光子從價帶頂躍遷到導帶底狀態(tài)。滿足能量守恒：滿足動量守恒：光子動量由于光子動量遠小于電子動量所以k=k'即躍遷的過程中，電子的波矢（k）可以看作是不變的---電子躍遷的選擇定則。只有光子參與躍遷時，電子躍遷前后的波矢不變，電子初態(tài)和末態(tài)幾乎在一條豎直線上---直接躍遷。本征吸收形成一個連續(xù)吸收帶，并具有一長波吸收限在直接躍遷中，對任何k值的躍遷都是允許的，則吸收系數(shù)與光子能量關系為：間接躍遷一一間接帶隙半導體電子吸收光子從價帶頂躍遷到導帶底的過程中，這類半導體稱為間接帶隙半導體。非直接躍遷是電子、光子和聲子共同參與的躍遷。Kk’尹EhEEEv=-=回電子能量差（）kkq'-=0回霍光子動量其中，Ep為聲子的能量；q回為聲子的動量。在非直接躍遷過程中，電子不僅吸收光子，同時還和晶格交換一定的振動能量，即放出或吸收一個聲子，電子波矢k發(fā)生改變----間接躍遷。激子吸收光子能量hv<Eg，價電子由價帶向稍低于導帶底處的的能級的躍遷。電子■空穴的激子能級。價帶電子受激發(fā)后不足以進入導帶而成為自由電子，仍然受到空穴的庫侖場作用。實際上，受激電子和空穴互相束縛而結合在一起成為一個新的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)稱為激子，這樣的光吸收稱為激子吸收。激子作為整體是電中性的，不形成電流，可以在晶體中運動一段距離后再復合湮滅，不顯示光電導現(xiàn)象。激子消失的途徑：通過熱激發(fā)或其它能量的激發(fā)，使激子分離成為自由電子或空穴；激子中的電子和空穴通過復合，使激子消滅而同時放出能量（發(fā)射光子或同時發(fā)射光子和聲子）激子吸收譜激子吸收譜必須在低溫時才能觀察到。第一個吸收峰對應光子能量為，n值越大，激子能級準連續(xù)，與本征吸收光譜合并。室溫下，激子吸收峰完全被抹掉自由載流子吸收對于一般半導體材料，當入射光子的頻率不夠高，不足以引起電子從帶到帶的躍遷或形成激子時，仍然存在著吸收，而且其強度隨波長增大而增加。這是自由載流子在同一帶內的躍遷所引起的，稱為自由載流子吸收。與本征躍遷不同，自由載流子吸收中，電子從低能態(tài)到較高能態(tài)的躍遷是在同一能帶內發(fā)生的。和本征吸收的非直接躍遷相似，電子的躍遷也必須伴隨著吸收或發(fā)射一個聲子。因為自由載流子吸收中所吸收的光子能量小于hv，一般是紅外吸收。p型Ge中發(fā)現(xiàn)三個自由載流子的吸收峰。p型GaAs中也有類似現(xiàn)象。雜質吸收束縛在雜質能級上的電子或空穴也可以引起光的吸收。電子可以吸收光子躍遷到導帶能級；空穴也同樣可以吸收光子而躍遷到價帶（或者說電子離開價帶填補了束縛在雜質能級上的空穴）這種光吸收稱為雜質吸收。雜質吸收也引起連續(xù)的吸收光譜。雜質吸收一定在本征吸收限以外長波方面形成吸收帶。雜質能級越深，能引起雜質吸收的光子能量也越大，吸收峰比較靠近本征吸收限晶格振動吸收晶體吸收光譜的遠紅外區(qū)，有時還發(fā)現(xiàn)一定的吸收帶，這是晶格振動吸收形成的。在這種吸收中，子能量直接轉換為晶格振動動能。對離子晶體或離子性較強的化合物，存在較強的晶格振動吸收帶；在神化鎵及半導體鍺、硅中，也都觀察到了這種吸收帶。半導體的光電導光吸收使半導體中形成非平衡載流子；而載流子濃度的增大必然使樣品電導率增大。這種由光照引起半導體電導率增大的現(xiàn)象。本征光電導：本征吸收引起載流子數(shù)目變化。雜質光電導：雜質吸收引起載流子數(shù)目變化。光生伏特效應當用適當波長的光照射非均勻半導體（p-n結等）時，由于內建電場的作用（不加外電場），半導體內部產生電動勢（光生電壓）；如將p-n結短路，則會出現(xiàn)電流（光生電流）。這種由內建電場引起的光電效應。半導體發(fā)光電子從高能級向低能級躍遷，伴隨著發(fā)射光子，這就是半導體的發(fā)光現(xiàn)象。產生光子發(fā)射的主要條件是系統(tǒng)必須處于非平衡狀態(tài)，即半導體內必須要有某種激發(fā)過程存在，通過非平衡載流子的復合，才能形成發(fā)光。1.表面等離子基元定義、性質、激發(fā)方式定義：spp是指在金屬表面存在的自由振動的電子與光子相互作用產生的沿著金屬表面?zhèn)鞑サ碾娮邮杳懿?。性質a.其場分布在沿著界面方向是高度局域的，是一個消逝波，且在金屬中場分布比在介質中分布更集中，一般分布深度與波長量級相同°b.在平行于表面的方向，場是可以傳播的，但是由于金屬的損耗存在，所以在傳播的過程中會有衰減存在，傳播距離有限°c.表面等離激元的色散曲線在自然光的右側，在相同頻率的情況下，其波矢量比光波矢量要大。激發(fā)方式：采用棱鏡耦合的方式、波導結構（利用波導邊界處的消逝波激發(fā)表面等離子體波，使波導中的光場能量耦合到表面等離子體波中上采用衍射光柵結構、采用強聚焦光束、采用近場激發(fā)、遠場光直接激發(fā)局域表面等離子體振蕩）spp的色散關系為P=\寸罕2.如］+￡2，當°-0時，￡20）一一8，則&罰%，此時色散曲線與光錐無限接近，場滲入電介質中很多個波長，這與索墨菲澤尼克掠入射波相似。而當°增大時，￡2（?）變?yōu)閺蛿?shù)，由于SPP的束縛特性，色散曲線在光錐線的右側，并且在輻射場區(qū)域與束縛場區(qū)域中間的頻率處，&為純虛數(shù)，光不能傳播。當°T°%時，&—8，這時群速VgT0，從而具有靜電場性質。納米材料的特性，一些特殊的效應:三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍（1-100nm）或由它們作為基本單元構成的材料.零維納米材料：量子點，納米粒子；一維納米材料：如納米線、納米管、納米帶；二維納米材料：如單分子膜、納米膜層、量子阱。納米塊體（納米組裝體系，納米結構宏觀量子現(xiàn)象及宏觀量子隧道效應：宏觀領域出現(xiàn)的量子效應稱為宏觀量子效應，例如超導電流是由庫伯對產生的，其電流是2e的整數(shù)倍，再如BEC。宏觀量子效應是由大量的微觀粒子形成的一類高度有序、長程相干的狀態(tài)。大量粒子的整體運動，就如同其中一個粒子的運動一樣，因為一個粒子的運動是量子化的，則這些大量粒子的運動可表現(xiàn)為宏觀的量子效應。電子具有粒子性又具有波動性，因此存在隧道效應。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應，稱之為宏觀的量子隧道效應。例如，在制造半導體集成電路時，當電路的尺寸接近電子波長時，電子就通過隧道效應而溢出器件，使器件無法正常工作，經典電路的極限尺寸大概在0.25微米。目前研制的量子共振隧穿晶體管就是利用量子效應制成的新一代器件。量子尺寸效應：介于原子、分子與大塊固體之間的納米顆粒，大塊材料中連續(xù)的能帶將分裂為分立的能級；能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當熱能、電場能或者磁場能比平均的能級間距還小時，就會呈現(xiàn)一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量子尺寸效應。例如，導電的金屬在超微顆粒時可以變成絕緣體，磁矩的大小和顆粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關，比熱亦會反常變化，光譜線會產生向短波長方向的移動，這就是量子尺寸效應的宏觀表現(xiàn)。因此，對超微顆粒在低溫條件下必須考慮量子效應，原有宏觀規(guī)律已不再成立。小尺寸效應：當納米粒子的尺寸與光波波長、德布羅意波長、超導態(tài)的相干長度或與）磁場穿透深度相當或更小時，晶體周期性邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面層附近的原子密度減小，導致聲、光、電、磁、熱力學等特性出現(xiàn)異常的現(xiàn)表面效應球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積/體積）與直徑成反比。隨著顆粒直徑變小，比表面積將會顯著增大，說明表面原子所占的百分數(shù)將會顯著地增加。對直徑大于0.1微米的顆粒表面效應可忽略不計，當尺寸小于0.1微米時，其表面原子百分數(shù)激劇增長，甚至1克超微顆粒表面積的總和可高達100米2,這時的表面效應將不容忽略。球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積/體積）與直徑成反比。隨著顆粒直徑變小，比表面積將會顯著增大，說明表面原子所占的百分數(shù)將會顯著地增加。對直徑大于0.1微米的顆粒表面效應可忽略不計，當尺寸小于0.1微米時，其表面原子百分數(shù)激劇增長，甚至1克超微顆粒表面積的總和可高達100米2,這時的表面效應將不容忽略。庫侖堵塞效應庫侖堵塞效應是20世紀80年代介觀領域所發(fā)現(xiàn)的極其重要的物理現(xiàn)象之一.當體系的尺度進入到納米級，體系是電荷“量子化”的，即充電和放電過程是不連續(xù)的，充入一個電子所需的能量Ec為e22C，體系越小，C越小，能量越大。這個能量稱為庫侖堵塞能。換句話說，庫侖堵塞能是前一個電子對后一個電子的庫侖排斥能，這就導致了對一個小體系的充放電過程，電子不能集體傳輸，而是一個一個單電子的傳輸.通常把小體系這種單電子輸運行為稱庫侖堵塞效應。 特殊的力學性質納米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力的作用下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展性。陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3?5倍。至于金屬-陶瓷等復合納米材料則可在更大的范圍內改變材料的力學性質，其應用前景十分寬廣。特殊的熱學性質固態(tài)物質在其形態(tài)為大尺寸時，其熔點是固定的，超細微化后其熔點將顯著降低，當顆粒小于10納米量級時尤為顯著。例如，金的常規(guī)熔點為1064°C，當顆粒尺寸減小到10納米尺寸時，則降低27°C，2納米尺寸時的熔點僅為327°C左右；銀的常規(guī)熔點為670C，而超微銀顆粒的熔點可低于100C。超微顆粒熔點下降的性質對粉末冶金工業(yè)具有一定的吸引力。例如，在鎢顆粒中附加0.1%?0.5%重量比的超微鎳顆粒后，可使燒結溫度從3000C降低到1200?1300C，以致可在較低的溫度下燒制成大功率半導體管的基片。特殊的光學性質當金屬被細分到小于光波波長的尺寸時，即失去了原有的光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此可見，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通?？傻陀趌%，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性可以作為高效率的光熱、光電等轉換材料，可以高效率地將太陽能轉變?yōu)闊崮?、電能。此外又有可能應用于紅外敏感元件、紅外隱身技術等。特殊的磁學性質小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料顯著的不同，大塊的純鐵矯頑力約為80安/米，而當顆粒尺寸減小到2X10-2微米以下時，其矯頑力可增加1千倍，若進一步減小其尺寸，大約小于6X10-3微米時，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已作成高貯存密度的磁記錄磁粉，大量應用于磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等。利用超順磁性，人們已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。此外，超微顆粒的小尺寸效應還表現(xiàn)在超導電性、介電性能、聲學特性以及化學性能等。4.石墨烯。C納米管基本特性1985年，英國Kroto等采用激光加熱石墨蒸發(fā)并在甲苯中形成碳的團簇，質譜分析發(fā)現(xiàn)C60和C70的新的譜線。C60具有高穩(wěn)定性的新奇結構，它是一個32面體，其中有20個六邊形和12個五邊形所構成。純C60固體是絕緣體，用堿金屬摻雜之后就成為具有金屬性的導體，適當?shù)膿诫s成分可以使C60固體成為超導體°E=V+F—2，E=90為棱數(shù)，V=60頂點數(shù)，F(xiàn)=32面數(shù)。石墨烯具有特殊的力學性質，結構是穩(wěn)定的，強度強。石墨烯還有很好的光學性質，它幾乎是透明的。石墨烯具有超強的導電性，石墨烯中的電子具有類似相對論性電子的性質。石墨烯在室溫下還有量子霍爾效應，半導體在極低溫下才具有這種效應。C60分子很穩(wěn)定，可抗輻射、抗化學腐蝕，但易于放出電子°C60和堿金屬形成的化合物具有超導性，是非常好的有機超導體。C60和C70溶液具有光限幅特性。晶體管，整流器，磁阻效應。單分子氣體偵測，石墨烯納米帶，透明導電電極，超級電容器，石墨烯生物器件，抗菌物質，“太空電梯”纜線，代替硅生產超級計算機，作人工光合作用高效催化劑，用于鋰離子電池技術，制作納米變壓器碳納米管（CNT）由單層或多層石墨片繞中心按一定角度卷曲而成的無縫、中空納米管.碳納米管是由多個碳原子六方點陣的同軸圓柱面套構而成的空心小管，其中石墨層可以因卷曲方式不同而具有手性。碳納米管的直徑一般為幾納米至幾十納米，長度為幾至幾十微米。碳納米管可以因直徑或手性的不同而呈現(xiàn)很好的金屬導電性或半導體性。當30度時，卷成扶手椅型碳納米管，指數(shù)（n,n）;0。時，卷成鋸齒型碳納米管，指數(shù)（n,0）;當介于0°和30°之間時，卷成手性型碳納米管，指數(shù)（n,m）。碳納米管具有優(yōu)良的性能A）優(yōu)良的耐酸堿性能b）依賴直徑大小和螺旋性的金屬或半導體的特性c）超強的力學強度和長徑比d）碳納米管取向雜亂、相互纏繞，限制對其物理、化學性質的研究和實際應用e）具有極好的可彎折性f）具有極好的可扭曲性。強度比鋼高，比重比鋼小；具有極高的韌性。碳納米管可以制作成兩維數(shù)據存儲系統(tǒng)；原子力顯微鏡針尖，優(yōu)點：納米級直徑，高的長徑比，高的機械柔軟性，電子特性確定；分辨率高，探測深度深，可進行狹縫和深層次探測。傳感器優(yōu)點：超靈敏，應用范圍廣，蛋白的生理活性的測定應用：醫(yī)療方面對糖尿病的檢測。大規(guī)模集成電路、超導線材。場發(fā)射顯示、儲氫和儲能、單電子晶體管、高能微型電池、高能電容器、計算機芯片導熱板高溫防護材料。潛在應用分離分析技術。如：色譜填料，毛細管電泳，MALDI基質，修飾電極等。材料技術。如：光導材料、復合材料，磁性材料等，微電子技術。分子級的催化劑。納米級反應器，儀器的微型化當碳納米管直徑遠小于光波波長時，偏振方向垂直于碳納米管軸向的光子不會被碳納米管吸收，而偏振方向平行于碳納米管軸向的光子則會被吸收掉。因此，將碳納米管（或碳納米管線）沿一定方向排列起來，就可以構成偏振片。5光子晶體基本概念定義、特性成因、概念：是一種介電常數(shù)周期性調制的微結構材料，尺度為波長量級；電子在周期場中傳播時，由于會受到周期勢場的布拉格散射，會形成能帶結構，帶與帶之間可能存在帶隙。電子波的能量如果落在帶隙中，傳播是禁止的。電磁波在周期性電介質材料中傳播時，由于受到調制而形成光子能帶結構，頻率落在帶隙內的電磁波不能通過介質而被全部反射，即形成光子帶隙。光子帶隙:在一定頻率范圍內的光子在光子晶體的范圍內的某些方向上是禁止傳播的。完全帶隙：在一定頻率范圍內，任何偏振與傳播方向的電磁波都能被嚴格禁止。這種情況只有在三維晶體中才能實現(xiàn)。特性成因：a抑制自發(fā)輻射：帶隙中密度為零，自發(fā)輻射幾乎為零，這也也抑制了自發(fā)輻射b光子局域化：當光子晶體原有的對稱性遭到破壞時即有了缺陷，在光子晶體中禁帶就有可能出現(xiàn)頻率極窄的缺陷態(tài)或局域態(tài)，與缺陷頻率符合的光子會被局域在缺陷位置，而不能向空間傳播。可能應用：a無損波導b量子力學在新奇環(huán)境下光與物質相互作用c微尺度設備的廣闊領域。用于制作光子晶體偏振器件、光子晶體微波天線、光子晶體棱鏡、光子晶體光纖光子晶體波導等在光通信光電集成方面與電子材料的區(qū)別：薛定諤方程-亥姆霍茲方程，半導體-光子晶體，原子周期排布-介電常數(shù)周期變化，原子尺度-波長量級，自然結構-人工結構，控制電子移動-控制電磁波傳播。自然界的光子晶體a蛋白石，含二氧化硅的地下水滲入巖縫沉積而成，沉積1cm的蛋白石約需500萬年。結構：周期性六角（hexagonal）晶格排列，它幾何結構上的周期性使它具有光子能帶結構，帶隙范圍與二氧化硅直徑及入射角有關。因蛋白石是由大小方向不一的光子晶粒組成的多光子晶系，

反射光因而呈現(xiàn)迷人的繽紛色彩。b蝴蝶翅膀排列整齊的亞微米結構其選擇性反射日光c海老鼠的毛具有六角晶格結構當光線垂直入射時毛刺呈現(xiàn)紅色，隨入射角的偏離顏色越偏向藍綠色6微腔的品質因子、精細度、自由譜寬度微腔：光學微腔是一種尺寸在微米量級或者亞微米量級的光學諧振腔，它利用在折射率不連續(xù)的界面上的反射、全反射、散射或者衍射等效應，將光限制在一個很小的區(qū)域。由于腔體積的減小，腔內通常只能支持一個或者幾個光學模式的諧振，因而置于腔內的原子或者分子的自發(fā)輻射性質會受到影響從而得到激光出射；最簡單模型：C-J模型，即單模場與二原子能級作用；三種典型微腔：aF-P腔（Q不高，模式體積大）b回音壁模式微腔（軸對稱，全內反射對光控制，Q很高，容易集成）c光子晶體微腔（引入缺陷Q高，模式體積?。?。微腔的三個重要參數(shù):模式體積大）b回音壁模式微腔（軸對稱，由波譜范圍△入依賴于腔長。Eq1,m*1/2入jnd,m=2nd/入「Eq2（m-1）*1/2入2=（m-1）*1/2（A,△入）得到△入二入：，當入*<2^時，△入e入：/2nd，d越小，△入越大。腔內波為y=yexp(i(kx-wt)),x=0，t=0,kx-wt,傳播x距離時間t=kx/w=2nnx/wA =Tnx/入,t =T2nd/入=TA 2nd/入 2=TA /入 得到△入 /入=T/t.bddQ=湍ddQ=湍=r品質因子QF=A?=d_A?=qA?.8?8?dd0 0一=2StoredEnergv=^ u品質因子QF=A?=d_A?=qA?.8?8?dd0 0EnergyLostPerOptCycle du(t) r-Tr,Tdt=qT=2兀storedEnerg、模式體積v?tEnergyLostPerRoundTrip7提高傳統(tǒng)顯微鏡分辨率方法：理論公式：分辨率=0.61*光波長/N.A.所以要提高分辨率就要用波長更短的照明光，及增大物鏡的數(shù)值孔徑。提高分辨率的方法是增加數(shù)值孔徑NA，數(shù)值孔徑越大則顯微鏡分辨率越高。例如油浸物鏡，使數(shù)值孔徑增大到1.5左右，另一種做法是增大顯微鏡物鏡的孔徑角8，可以采用復合透鏡的方法，但用這種方法NA只能增大到0.95。遠場光學：共聚焦顯微鏡：是一種利用逐點照明和空間針孔調制來去除樣品非焦點平面的散射光的光學成像手段，相比于傳統(tǒng)成像方法可以提高光學分辨率和視覺對比度。原理：從一個點光源發(fā)射的探測光通過透鏡聚焦到被觀測物體上，如果物體恰在焦點上，那么反射光通過原透鏡應當匯聚回到光源，這就是所謂的共聚焦，簡稱共焦。共焦顯微鏡在反射光的光路上加上了一塊半反半透鏡，將已經通過透鏡的反射光折向其它方向，在其焦點上有一個帶有針孔，小孔就位于焦點處，擋板后面是一個光電倍增管。探測光焦點前后的反射光通過這一套共焦系統(tǒng)，必不能聚焦到小孔上，會被擋板擋住。于是光度計測量的就是焦點處的反射光強度。其意義是：通過移動透鏡系統(tǒng)可以對一個半透明的物體進行三維掃描。雙光子顯微鏡：雙光子熒光顯微鏡是結合了激光掃描共聚焦顯微鏡和雙光子激發(fā)技術的一種新技術。 原理：在高光子密度的情況下，熒光分子可以同時吸收2個長波長的光子，在經過一個很短的所謂激發(fā)態(tài)壽命的時間后，發(fā)射出一個波長較短的光子；其效果和使用一個波長為長波長一半的光子去激發(fā)熒光分子是相同的。而長波穿透性較強，焦平面外的熒光分子不被激發(fā)使較多的激發(fā)光可以到達焦平面，使激發(fā)光可以穿透更深的標本 。7.提高傳統(tǒng)光學顯微鏡分辨率：共焦：從一個點光源發(fā)射的探測光通過透鏡聚焦到被觀測物體上，如果物體恰在焦點上，那么反射光通過原透鏡應當匯聚回到光源，這就是共聚焦。共焦顯微鏡在反射光的光路上加上了一塊半反半透鏡，將已經通過透鏡的反射光折向其它方向，在其焦點上有一個帶有針孔的擋板，小孔就位于焦點處，擋板后面是一個光電倍增管。探測光焦點前后的反射光通過這一套共焦系統(tǒng)，必不能聚焦到小孔上，會被擋板擋住。于是光度計測量的就是焦點處的反射光強度。照明針孔與探測針孔相對于物鏡焦平面是共軛的，焦平面上的點同時聚焦于照明針孔 和發(fā)射針孔，焦平面以外的點不會在探測針孔處成像，這樣得到的共聚焦圖像是標本的光學橫斷面，提高了傳統(tǒng)光學顯微鏡的分辨率。 油浸（SIL）結合光子隧道（PTM）:高折射率（1.5-4）可使橫向分辨率可達200nm，隧道效應提高縱向分辨率。數(shù)值孔徑增強（NAIL）相當于半個SIL,有亞表面成像能力4倍于硅透鏡，分辨率120nm.表面等離子體共振SPR;光柵激發(fā)，分辨率3微米，對膜厚度及折射率敏感。液體浸潤方式，分辨率小于1微米，透過焦點不同方向的分辨率不均勻。SNOM:分辨率約為50nm,可做三維掃描無孔SNOM:極端尖的電介質，半導體或金屬作為瑞利散射探針，通過針尖與樣品的作用產生局域擾動，激發(fā)到遠場.分辨率約1nmSPNM:在光柵-銀-空氣界面激發(fā)Sp模式，反射信號減小，但STM尖的擾動增強了反射信號，分辨率約為3nm。SNEM:AFM與nullingellipsometer的結合，達到納米量級分辨率掃描近場光學顯微鏡在近場光學顯微鏡中，傳統(tǒng)光學顯微鏡中的鏡頭被細小的光學探針所代替 ，其尖端的孔徑遠小于光的波長.當把這樣的亞波長光孔放置在距離物體表面一個波長以內 ，即近場區(qū)域時，可以探測到豐富的亞微米光學信息，而這些精細結構信息僅僅存在于表面的非輻射場內。近場探測原理近場光學探測是由一系列轉換完成的：（1）當用傳播波或倏逝波波照射高空間頻率的物體時，將產生倏逝波；（2）這樣產生的倏逝波不服從瑞利判據。這些場在遠小于一個波長的尺度的局部范圍內有很大的變化 ：⑶根據互易原理，這些不可探測的高頻局域場可以通過微小物體的轉換而將這個倏逝場轉換為新的倏逝場以及傳播場 ；（4）傳播場被適當?shù)倪h距離探頭所記錄。在這里，由倏逝場到傳播場的轉換是線性的，即探測到的場強與相應的倏逝場中的 Poynting矢量成比例，因此探頭獲得的信息準確反映精細結構的局部變化 ，當用一個微小物體（如光纖探針的尖端）進行平面掃描時，就可以得到二維圖像。綜上所述，由傳播場到隱失場的轉換是通過衍射或繞射機制實現(xiàn)的 ，反之亦然。這樣的逆轉換相應于光子的隧道效應工作原理（1）探針：與STM中的金屬探針和AFM的懸臂探針不同的是，SNOM采用介電材料探針，可以發(fā)射或接受光子，尖端尺度在10?100nm，以能夠將收集到的光子傳送到探測器，探針可用拉細的錐形光纖，四方玻璃尖端，石英晶體等制成，探針的核心問題是小尺度和高的光通過率。 （2）信息探測：由于光子信息均來自于納米尺度區(qū)域，信號強度一般很低（?nw/cm2），因而需經光電倍增管、光二極管、光子計數(shù)或電荷耦合器件（CCD）將光信號轉換為電信號而放大，同時利用調制-鎖相放大技術抑制噪聲，以提高信噪比。（3）探針-樣品間距控制：理想的調控方法應當是與光信號的探測完全獨立的機制，以使待測信號不受干擾，避免引入復雜性。而實際方案中則難于避免這一問題，目前常用的方法有：i）隱失場調控：利用隱失場強度隨z增加而指數(shù)下降關系，將探針放入隱失場里，控制范圍0?lambda/（30?40），這種方法中，探測光信號與調控信號有較強相互影響。ii）切變力調控：當以本征頻率振蕩的探針靠近樣品表面時（<50nm），由于振蕩的針尖與樣品間作用力，其振蕩幅度及相位均會有較大變化，利用這個變化可以將探針控制在z=5?20nm范圍，比較成熟的方案有切變力調控方式，雙束干涉，共振音叉和超聲共振方式等。應用1單分子觀測2生物結構的熒光觀測結合熒光標示技術和熒光光譜3量子結構的熒光光譜診斷利用相應的低溫裝置， 具有更精細的譜結構特性4磁光介質光存儲5微加工和光子印刷術6半導體及光電介質中的缺陷結構與折射率分布分析光刻過程氣體相成底模處理，旋轉涂膠，軟烘，對準和曝光，曝光后烘焙，顯影，顯影檢查，堅膜烘焙 正負光刻膠的特點：根據曝光前后光刻膠膜溶解性質的變化又可分為正型光刻膠和負型光刻膠 ，曝光后溶解度增大的為正型光刻膠，溶解度減小的為負型光刻膠.劃分光刻膠的一個基本的類別是它的極性.正性膠的分辨力往往是最好的，因此IC制造中的應用更為普及，但MEMS系統(tǒng)中，由于加工.要求相對較低，光刻膠需求量大，負性膠仍有應用市場.常用的負性膠都是基于主鏈和下垂的從鏈之間的十字鏈接加強使曝光后膠不可溶的原理 .負性膠的一個缺點；曝光必須在氮氣環(huán)境中進行；負性膠的另一缺點是膠膜厚度受到限制，因為十字鏈接反應過程發(fā)生在光最先到達的薄膜表面 .需要過曝光以保證基體表面的膠不可溶，膠要求的厚度越厚，完成聚合反應需要的劑量就越多，散射的機會就越大.散射反過來又降低可獲得的分辨力。 正負光刻膠比較1曝光顯影過程不同，正性膠在曝光區(qū)間顯影，負性膠則相反；2負性膠和正性膠邊界漫射光形成的輪廓不同.負性膠由于曝光區(qū)間得到保留，漫射形成的輪廓使顯影后的圖象為上寬下窄的圖像；而正性膠相反，為下寬上窄的圖像；3正膠溶于強堿，顯影劑采用中型堿溶液，而負性膠多采用有機溶液，如二甲苯溶液4加工中可獲得的特定幾何圖形不同，用負性膠可輕易獲得孤立的單根線，而正性膠可輕易獲得孤立的洞和槽 5負性膠成本低，正性膠昂貴6負性膠采用有機溶液處理，對生態(tài)環(huán)境不利，而正性膠采用水溶液，受環(huán)保人士歡迎7）負性膠相對于正性膠分辨力較低。超材料概念具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合材料或復合結構 .性質：通常是具有新奇人工結構的復合材料；具有超常的物理性質，往往是自然界的材料所不具備的；性質往往不主要決定于構成材料的本征性質，而決定于其中的人工結構。 應用：導波，色散補償，小尺寸天線抗反射和高反射涂層，光束整形，超透鏡。光刻的分類及特點光學光刻光學光刻的分辨率決定了芯片上單個器件的最小尺度 ，數(shù)值孔徑NA的不斷增大已經給光刻系統(tǒng)的設計和加工帶來相當大的難度，特別NA大0.6以后，每增0.05,設計和加工的難度就要增加一倍或更多.因此縮短曝光波長是提高光刻分辨率的最有效途徑 .波長越短，數(shù)值孔徑NA越大，投影光刻系統(tǒng)的焦深就越小.投影光刻系統(tǒng)分辨率的提高是以犧牲焦深為代價，焦深的減小意味著對硅片表面平整度的要求更加苛刻。 當焦深接近或小于硅片表面平整度時，將使得曝光的均勻性降低，難以在硅片上刻出清晰的圖形，從而降低光刻質量.這給大面積超薄晶圓的加工增加了額外難度，而采用大面積晶圓是增加產能降低成本的主要途徑之一 .因此焦深成為限制對越來越細的器件圖形在大面積范圍內進 行光學光刻的主要因素極紫外光刻EUVL極紫外光刻采用波長為10-14nm的極紫外光作為曝光光源.該波段的光在光學材料中的吸收強烈，其光學系統(tǒng)必須采用反射形式.EUVL與以前的所有光學光刻都很不相同，由于波長為的極紫外光在材料中的強烈吸收，在它的聚光和成像光學系統(tǒng)中采用了一系列共振反射器 ，這EUVL光學系統(tǒng)是一個很大的限制X射線光刻射線的波長很短0.1nm-50nm曝光時通過掩模后的衍射和散射幾乎可以忽略，可獲得較高分辨率的圖形.產生X射線普遍采用的是昂貴的同步輻X射線源，這限制X射線光刻大規(guī)模的推廣和使用。由于 X射線穿透力很強，目前多數(shù)的光學系統(tǒng)不能對它進行反射或折射，因此多采用接近式曝光.掩模版的制作也X射線接近式光刻的關鍵工藝，由于接近式曝光采用的是1:1的掩模圖形，即掩模版的圖形和傳遞到芯片上的圖形大小一樣，因此這