纵观半导体集成电路的发展历史,集成度由最初的小规模集成到现在的超大规模集成,一直遵循“摩尔定律”迅速发展。硅基微加工工艺的发展在其中起了很重要的作用。随着多项半导体技术的开发引进,现在曝光精度已经突破65 nm技术节点。但是电子电路不可能没有止境的减小,传统的CMOS晶体管依靠栅电极来控制电子在源与漏之间流动,将面临很多物理问题,如最小允许的场效应沟道长度、热耗散等。纳电子学是半导体器件关键尺寸不断减小,集成度不断提高的必然趋势。　　 为了对纳电子器件的物理问题进行基础研究,首先必须制备可用于基础研究的纳米结构。传统的光学曝光由于受到曝光光源波长的限制,尽管采用了很多分辨率增强技术,但仍不能满足纳米尺寸的图形曝光。电子束曝光技术(EBL),由于电子的波长很短,衍射效应几乎可以忽略不计,已经成为科研领域纳米尺度图形的主导加工技术,精度在10 nm的范围以内。为此,本文采用电子束曝光与反应离子刻蚀转移图形技术相结合制备出各种硅纳米结构,包括光栅、库仑岛、纳米电极以及硅柱阵列图形。　　 为了制备具有更小模式体积的α-SiNx:H光子量子点和耦合光子量子点,采用PECVD的方法在刻有硅柱图形的衬底上“共形生长”了真正意义的3D限制的光学微腔,并通过光致发光谱的测量,研究光发射特性。通过测量,观察到了对有源层明显的调制效应。在不同横向尺寸的光子量子点发射谱中观测到一系列分裂的共振模式,这些模式具有明显的尺寸依赖性。　　 在电子束曝光技术中,由电子散射造成的“邻近效应”决定了电子束曝光的分辨率。对于大面积的图形,由于吸收周围曝光区域的电子,曝光的结果大于设计的图形尺寸。而对于孤立的图形,由于其边缘曝光不足,其尺寸在某种程度上小于设计的尺寸。本文充分利用“邻近效应”的特点,通过合理的设计图形以及曝光剂量的调节在SOI材料上制备出硅纳米线。由于电子束曝光制备出的量子线在横向尺寸还是较大,为了进一步减小其尺寸,采用干氧氧化的技术将量子线的尺寸减小到纳米量级。这种硅纳米量子线可以作为电荷传输的沟道,为研究硅基单电子器件打下试验基础。本文选用SOI材料是因为其项层硅可以通过重复热氧化加上缓冲HF溶液去掉氧化层来达到减薄的目的,实现垂直方向的量子限制;横向的限制就通过电子束曝光来实现。同时,中间的埋层SiO2可以提供纵向电绝缘,这对以后的器件应用很关键。　　 对SOI基材料上制备出的硅量子线进行电接触及电学性质测量,在室温下观察到明显的库仑阻塞效应。并且,库仑阻塞效应对量子线横向尺寸、量子线的长度以及测量温度都有依赖关系。另外,通过加背栅压发现栅压对量子线沟道电流有调制作用。　　 最后,本文设计了纳米硅(nc-Si)浮置栅非挥发性存储器结构。该结构利用纳米晶作为电荷存储介质,每一个纳米晶粒与周围晶粒绝缘且只存储少量几个电子,从而实现分立电荷存储,增强电荷的保持稳定性。根据MOSFET工艺,设计工艺流程和版图,并进行初步的流程实验。