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[2017-12-05]

纳米材料与器件课程教学大纲

课程基本信息（Course Information）

课程代码

（Course Code）

*学时

（Credit Hours）

*学分

（Credits）

*课程名称

（Course Name）

纳米材料与器件

Nanomaterials and Devices

课程性质

(Course Type)

专业选修课

授课对象

（Audience）

微电子科学与工程专业（本科生）

授课语言

(Language of Instruction)

中文

*开课院系

（School）

电子信息与电气工程学院微纳电子学系

先修课程

（Prerequisite）

无

授课教师

（Instructor）

陈长鑫

课程网址

(Course Webpage)

*课程简介（Description）

纳米科技已经成为人类科学技术中最为重要的领域之一，其中纳米材料与器件作为当前纳米电子领域的前沿方向，其相关知识是现代凝聚物理、材料物理和化学、半导体技术、生物、微机电系统等学科的重要基础。在教学过程中，本课程将系统地介绍纳米材料与器件的基础理论、纳米科学技术和研究方法、纳米材料和结构及其在纳米器件中的应用、典型的纳米器件及其特性与应用等。通过本课程使学生掌握纳米材料和器件的基础知识和理论，掌握纳米材料和器件的制备和表征方法、纳米器件的工作原理、制作技术和特性，并了解纳米电子器件的研究进展和应用等。通过纳米材料与器件课程的教学与学习，提高学生科学素养，增强学生创新意识，培养学生分析问题与解决问题的能力。

*课程简介（Description）

Nanotechnology has become one of the most important area of the science and technology, the nanomaterials and devices as a frontier in the field of nanotechnology and it’s related knowledge is the important foundation of disciplines, includingthe condensed matter physics, material physics, semiconductor physics, chemistry, biology,and MEMS. The basic knowledge of nanomaterials and devices, nano science and technology and its research methods, device applications and characteristics of nanomaterials and structures will be introduced in this course. The students will study the theory of nanomaterials and devices, fabrication and characterization methods of the nanomaterials and devices, operation mechanism and performance of nanodevices. Besides, recent progress and applications in the field of nanomaterials and devices will also be introduced in the course.

课程教学大纲（course syllabus）

*学习目标(Learning Outcomes)

1.学生应掌握纳米材料与器件科学的基本概念、理论与规律，了解并认识纳米材料工程与纳米器件科学的关系。

2.了解纳米材料的制备工艺与纳米器件设计的基本理论、概念和流程。

3.通过该课程对纳米材料与器件相关知识的讲授，培育学生发现和分析问题的能力，并开拓学生的视野，培养创新意识。

*教学内容、进度安排及要求

(Class Schedule

&Requirements)

教学内容	学时	教学方式	作业及要求	基本要求	考查方式
1.纳米科技和现状绪论	2	授课	课程复习，了解纳米材料和器件概念、总括和研究范畴	掌握纳米材料和器件所研究的对象、研究方法和内容	随堂问答
2.纳米材料的基础理论	2	授课	课程复习，了解纳米材料的种类、制备方法和构效关系	掌握纳米材料的基础知识、组成-结构-性能间的关系	随堂问答
3.纳米基本效应和物理化学特性	2	授课	知识总结、文献阅读，了解纳米材料和结构的各种基本效应	掌握纳米材料热学、电学、光学、力学等物理特性以及吸附、催化等化学特性	提交作业
4.纳米材料的检测和分析	2	授课	课程复习，了解纳米材料的电学、磁学、力学、光学和热学等检测和分析、纳米表征技术	掌握纳米材料检测和分析的工作原理、基本模式和STM、AFM的工作原理、技术应用	随堂问答
5.纳米器件理论基础	2	授课	课程复习，了解纳米结构的电子学效应、量子线、点、阱模型、低维结构电子态密度	掌握纳米器件的基础背景知识	随堂问答
6.低维纳米材料结构和电子学特性	2	授课	课程复习，了解零维、一维、二维材料的结构及其电子学特性	掌握低维结构的分类及其对电子学特性的影响	随堂问答
7.纳米器件研究技术和制作工艺	2	授课	课程复习，了解主流的纳米研究技术和设备、主要的纳米器件制作工艺	掌握纳米电子学的研究技术和所采用的制作工艺手段	随堂问答
8.典型纳电子器件的工作原理和特性	2	授课	文献阅读、知识总结，了解纳米场效应晶体管、单电子器件、二级管、分子器件等及其工作原理、器件特性	掌握典型几种纳电子器件的工作原理、器件结构和特性	提交作业
9.纳米尺度下的单电子和少电子现象和器件	2	授课	课程复习，了解单电子和少电子现象。	掌握隧穿的概念，库伦阻塞的原理，单电子器件的工作原理。	随堂问答
10.纳米硅基CMOS器件	2	授课	课程复习，了解纳米CMOC器件的新效应	掌握掌握纳米CMOC器件的栅、沟道技术和新型器件结构	随堂问答
11.碳基纳米材料在纳米器件中的应用及其制备	2	授课	课程复习，了解石墨烯、碳纳米管等材料在纳米电子器件中的应用、它们的制备方法	掌握碳基材料的器件应用和制备	随堂问答
12.一维材料的电子输运及其场效应晶体管	2	授课	课程复习，了解一维材料中的弹道输运、电子自由程及其肖特基和MOS场效应晶体管	掌握纳米场效应晶体管原理、结构、输运特性等	随堂问答
13.新型纳米器件及其应用	2	授课	知识总结、文献阅读，了解纳米能源器件、光电器件、传感器等新型纳米器件及其应用	掌握这些器件设计原理、制作工艺和技术	提交作业
14.石墨烯纳米电子材料的特性和典型器件	2	授课	课程复习，了解石墨烯的结构和独特的电学特性	掌握基于石墨烯的场效应晶体管、高频电子器件以及传感器等典型器件的工作原理	随堂问答
15.纳米能源、发光材料及其器件	2	授课	课程复习，了解纳米发电、储能和发光材料种类和特性、这些材料在能源、发光等器件的应用	掌握这些纳米材料的构效关系、开发现状以及制作的器件种类和技术现状	随堂问答
16.柔性、可穿戴纳米器件与特性	2	授课	课程复习，了解基于纳米电子技术构建的柔性、可穿戴纳米电子器件的特性	掌握纳米电子技术构建的柔性、可穿戴的电源、显示、存储等器件的工作原理。	随堂问答
17.纳米材料和器件最新进展和展望	2	授课	课程复习，了解最近几年纳米材料和器件在理论和应用实践上的进展	掌握纳米材料与器件邻域的新概念、新动向	随堂问答

*考核方式

(Grading)

考勤10% + 平时作业30% + 期末大作业60%

*教材或参考资料

(Textbooks & Other Materials)

《纳米材料和器件导论》，郭子政、时东陆编著，清华大学出版社，2010年,第二版，ISBN:9787302242390

《Nanomaterials and Devices》，Donglu Shi, Nicholas Bedford著，清华大学出版社，2015年，第一版，ISBN：9787302393641

其它

（More）

备注

（Notes）

备注说明：

1．带*内容为必填项。

2．课程简介字数为300-500字；课程大纲以表述清楚教学安排为宜，字数不限。

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