In the past decades, Moore’s law drives the semiconductor industry to continuously shrink the critical size of transistors down to 7 nm. As transistors further downscaling to smaller sizes, the law reaches its limitation, and the increase of transistors density on the chip decelerates. Up to now, extreme ultraviolet lithography has been used in some key steps, and it is facing alignment precision and high costs for high-volume manufacturing. Meanwhile, the introduction of new materials and 3D complex structures brings serious challenges for top-down methods. Thus, bottom-up schemes are believed to be necessary methods combined with the top-down processes. In this article, atomic level deposition methods are reviewed and categorized to extend Moore’s law and beyond. Firstly, the deposition brings lateral angstrom resolution to the vertical direction as well as top-down etching, such as double patterning, transfer of nanowires, deposition of nanotubes, and so on. Secondly, various template-assisted selective deposition methods including dielectric templates, inhibitors and correction steps have been utilized for the alignment of 3D complex structures. Higher resolution can be achieved by inherently selective deposition, and the underlying selective mechanism is discussed. Finally, the requirements for higher precision and efficiency manufacturing are also discussed, including the equipment, integration processes, scale-up issues, etc. The article reviews low dimensional manufacturing and integration of 3D complex structures for the extension of Moore’s law in semiconductor fields, and emerging fields including but not limited to energy, catalysis, sensor and biomedicals.

针对实验室高星等目标模拟问题,设计了一种由光源、可调光阑、积分球、光电探测器和平行光管组成的弱光单星模拟器,用于检测探测相机、星敏感器的星等探测能力。推导了光电探测器读数、积分球出口光谱辐亮度随可调光阑遮拦比的变化关系,结合星等定义公式和像面照度公式,介绍了弱光单星模拟器的工作原理,解决了高星等目标的标定难题。理论分析了弱光单星模拟器的星等模拟范围及精度,结果表明其最高可模拟19.5 Mv星等,精度为11.6%;模拟低于15 Mv星等时,精度优于8%。实验结果表明:实验室内,模拟星等与KLL-04型弱光照度计实测星等的相对误差最大为7.09%;实验室的探测相机与天文观测的探测相机所测得的星等探测能力在6.5 Mv处的相对误差为1.9%,在15.2 Mv处的相对误差为2.6%。所设计弱光单星模拟器能够对高星等目标进行有效模拟。

为了定量评价探测相机的成像质量，提出用二维各向异性高斯函数拟合的方法来评价相机的成像效果。用探测相机采集星模拟器产生的无穷远处的点目标，形成在一定区域内的能量分布。以拟合后的高斯能量分布与原分布的相关度最大为判据,对此能量分布进行二维各向异性高斯拟合，得到其高斯半径、异化因子等参数；对拟合后的结果进行数值积分得到80%能量所占区域的大小。实验结果显示：相关度的引入，实现了背景阈值、异性因子的自动优化，减少了面阵探测器的噪声对测试结果的影响；而异性因子的引入，对像素相位误差的评估、光学系统像差对测试结果的影响，均可作为弥散斑测试定量确认的依据。测试实验显示：弥散斑等效面积圆直径测试重复性在“十”字工况吸收为0.15 pixel,在“田”字工况下为0.19 pixel。提出的方法完成了探测相机对点目标所成弥散斑的测定，很好地控制了探测相机的成像质量。

利用时域有限差分方法,研究了银纳米棒双体结构的散射光谱及其电场分布,并对其局域表面等离子体耦合共振特性进行了分析.研究表明随着银纳米棒之间的距离变大,其表面等离子共振峰的强度逐渐变弱,横向四极模式和横向偶极模式峰位基本不变.纳米棒半径的增加和夹角的变大,都会引起峰值强度明显增强.通过场分布计算发现,纳米棒半径的增加和夹角的变大都可以在颗粒的近场区域产生“热点”,这种局域电磁场显著的增强对表面增强拉曼散射、荧光探针、纳米催化等方面的应用具有参考价值.

利用纳米压印结合溅射和反应离子刻蚀工艺制备了周期为1 μm、占空比为0.2的亚波长金属光栅, 利用紫外-可见-近红外光谱仪测量了光栅的0级反射光谱。在严格耦合波分析的基础上, 把光栅区域电磁场的空间谐波通过勒让德多项式展开, 使用多项式展开的谱分析法求解常微分方程, 计算了该亚波长金属光栅的反射光谱及磁场分布。实验测量结果同矢量衍射理论计算结果都显示, 该光栅在近红外、中红外波段具有表面等离子体共振现象。数值计算结果还表明, 对于此类亚波长金属光栅, 当光栅的深宽比增加时, 其反射光谱中会出现更多的反射谷。

采用溶胶凝胶法制备纳米级WO3, 掺杂不同含量的氯铂酸并混合搅拌均匀, 再进行热处理, 将所得粉体均匀涂覆在光纤光栅周围, 制备出具有氢敏特性的光纤光栅传感器.实验中, 通过改变氯铂酸掺杂量和热处理温度并进行XRD物相分析得：随着Pt∶W的降低以及热处理温度的升高, WO3的结晶度不断提高；通入不同浓度的氢气对传感器进行氢敏性能测试发现, 经过300℃热处理, Pt∶W为1∶9时, 对4%浓度的氢气能达到15 s的响应速度, 最高有140 pm的中心波长变化, 多次重复通氢气, 重复性良好；当热处理温度达到500℃时, 材料对氢气已经不敏感.

采用磁控溅射方法在侧边抛磨的光纤光栅（D型光纤光栅）上溅射40 nm WO3Pd复合薄膜，制作了D型光纤光栅氢气传感器.40 nm WO3Pd复合薄膜是由5 nm的WO3、5 nm的WO3/Pd混合膜和30 nm的Pd 薄膜组成.实验中,首先采用射频溅射技术向D型光纤光栅溅射5 nm WO3薄膜，再利用共溅射技术溅射5 nm WO3/Pd混合膜，最后用直流溅射技术溅射30 nm的Pd薄膜.SEM结果显示在多次通氢气后WO3Pd薄膜仍然具有较好的表面形貌，这说明WO3Pd复合薄膜具有较好的机械性能.实验结果表明:该氢气传感器具有较好的重复性，同镀有同样氢气敏感膜的普通FBG相比，D型光纤光栅的灵敏度提高了200%;在氢气体积浓度为6%时，D型光纤光栅传感器的波长变化为15pm.

从经典的极化理论出发, 分析了直流电场、低频调制电场和光波电场共同存在时硅材料折射率的变化, 从理论上揭示了场致线性电光效应的物理实质。以近本征硅材料为样品, 采用金属-绝缘体-半导体样品结构, 搭建了由塞纳蒙(Senarmont)补偿器改进成的横向电光调制系统。在硅材料空间电荷区内观测到显著的线性电光调制效应, 系统的半波电压小于170 V, 从实验上直接证实了硅材料中内建电场诱导的场致线性电光效应的存在。此外还观测到由克尔效应引起的二次电光调制信号, 以及由场致光整流效应引起的、随线偏振光的方位角的二倍余弦变化的电信号。实验结果与经典极化理论的预期完全一致, 也间接证实了硅材料中场致线性电光效应的存在。