納米電子技術(shù)的發(fā)展與展望.doc

1、納米電子技術(shù)的發(fā)展與展望學(xué)院：物理與電子工程學(xué)院班級： 2016級 2班學(xué)號： 160302001姓名：于江隨著對納米電子技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用， 納米電子技術(shù)在多項領(lǐng)域中都展現(xiàn)出了其強(qiáng) 大潛力， 隨著對納米電子技術(shù)的深入研發(fā)， 納米技術(shù)勢必將廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域， 并 成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢商娲谋匦杵贰?. 納米電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著納米電子技術(shù)的發(fā)展， 各種性能優(yōu)越、 功能獨(dú)特的納米電子產(chǎn)品已經(jīng)逐漸應(yīng) 用于各個領(lǐng)域中， 納米電子技術(shù)的具體應(yīng)用主要體現(xiàn)在三個方面： 納米電子材料、 新 型電子元器件、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)應(yīng)用。1.1 新型電子元器件 對納米電子技術(shù)的當(dāng)前模式分析后， 可以斷定在未來十年內(nèi)必然會經(jīng)

2、過飛速發(fā)展 的歷程。特別是當(dāng)前市場對于新型電子元器件的需求逐漸增多的背景下，還需要根據(jù)實際 需求來對新型電子元器件進(jìn)行擴(kuò)展與完善。對此，可以從單電子器件、 共振隧穿電子器件、 納米場效應(yīng)晶體管、 納米尺度 MOS 器件、分子電子器件、自旋量子器件、單原子開關(guān)等新型信息器件的方向入手，在保 證了納米電子技術(shù)朝著良好的方向發(fā)展的同時， 還可以延續(xù)摩爾定律 (Moores Law， ML)以及CMO的研究成果。1.2 納米電子材料納米電子技術(shù)在材料運(yùn)用上的成果主要包括： 納米半導(dǎo)體材料、納米硅薄膜、 納 米硅材料等。 其中尤以納米硅材料最具技術(shù)優(yōu)勢， 想比起傳統(tǒng)材料，納米硅材料更符 合未來發(fā)展需求，

3、其所具有的優(yōu)勢有：1. 硅分子間距較短， 在傳遞電子信號時速度更快， 不僅提高了運(yùn)行效率， 而且降 低了信號傳遞過程中的能耗。2. 能耗低、準(zhǔn)確可靠、運(yùn)行時間較短、不易受外界的環(huán)境影響。3. 得益于科技的保證和不斷地開發(fā)研究應(yīng)用，使得其成本價錢有所降低。 從上述的優(yōu)勢不難看出，納米硅電子材料的問世是材料的一個新突破，它的領(lǐng)先技術(shù)使得其相較于同等材料具有絕對的優(yōu)勢。 相信隨著納米材料的不斷研究， 納米材料在生活中的應(yīng)用普及之后，會給人類帶來意想不到的方便。1.3 光學(xué)光刻技術(shù)光學(xué)光刻是通過光學(xué)系統(tǒng)以投影方法將掩模上的大規(guī)模集成電路器件結(jié)構(gòu)圖形“刻”在涂有光刻膠硅片上的技術(shù)。 它是現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)半導(dǎo)體加

4、工的主流技術(shù)。 在這種技 術(shù)中，通常甲基丙烯酸酯聚合物被用作抗蝕涂層， 甲基異丁酮和異丙醇合劑被用作顯 像劑。目前國際微電子領(lǐng)域最引人關(guān)注的熱點是新一代光刻技術(shù)。 限制光刻所能獲得的最小 線寬與光刻系統(tǒng)的分辨率直接相關(guān)， 而減小光源的波長是提高光刻分辨率的最有效途 徑?，F(xiàn)在，商品化光刻機(jī)的光源波長已經(jīng)從過去的汞燈光源紫外光波段進(jìn)入到深紫外 波段，除此之外，利用光的干涉特性以及電磁理論 (Electromagnetic theory) 結(jié)合光 刻實際對曝光成像的深入分析， 采用各種波前技術(shù)優(yōu)化工藝參數(shù)也是提高光刻分辨率 的重要手段。1.4 納米電子技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)學(xué) 隨著納米技術(shù)的不斷研究和應(yīng)用

5、，更多的納米電子技術(shù)被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域之中。 納米電子技術(shù)的發(fā)展有助于細(xì)微部位的研究， 而這些細(xì)微之處通過普通顯微鏡是 無法做到的， 納米電子技術(shù)的應(yīng)用還能有助于納米傳感器的發(fā)明， 通過納米傳感器可 以觀察到生化反應(yīng)的各種不同的化學(xué)信息以及電化學(xué)信息。 此外，還有很多類似伽馬 刀、螺旋CT以及MRI等高科技醫(yī)學(xué)產(chǎn)品的問世，它們的出現(xiàn)為人類醫(yī)學(xué)注入了新鮮 血液。納米電子技術(shù)作為生物醫(yī)學(xué)與電子學(xué)相交的新新技術(shù)， 它將具有巨大的開發(fā)利用 價值，它的研究潛力是無窮的。 生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)作為生物醫(yī)學(xué)和電子學(xué)兩大學(xué)科的結(jié) 合，在生物醫(yī)學(xué)電子設(shè)備集成化和微型化方向的研究有著很大的發(fā)展空間， 這種研究 主要基于微

6、電子器件的發(fā)展， 當(dāng)器件的尺寸發(fā)展到分子或原子的大小水平時， 人們對 于微小生物體的研究將進(jìn)入前所未有的新階段。2. 對未來納米電子技術(shù)的展望納米技術(shù)的研究和應(yīng)用已經(jīng)得到世界上很多國家的認(rèn)可，各國也加大了對納米技 術(shù)研究工作的投入力度。其中，美國提出了名為國家納米技術(shù)( National Nanotechnology Initiativr,NNI )的計劃項目，將重點研究納米電子學(xué)。歐盟等多 個國家將在支持納米技術(shù)研究的工作上， 重點投入到納米電子材料以及納米電子器件 關(guān)于存儲系統(tǒng)和信息處理的研究，成立相關(guān)委員會，并提出歐盟每年 60 億歐元到納 米電子研究工作中的投資報告， 以推進(jìn)和鼓動研究

7、者參與到納米電子技術(shù)研究的興趣 當(dāng)中。而在亞洲，中國臺灣地區(qū)和日韓兩國也加入到納米電子技術(shù)研究的計劃和策略 當(dāng)中來，也采取了不少積極措施， 比如建立納米電子研究所， 加大研究經(jīng)費(fèi)的投入等， 旨在對納米電子技術(shù)的研究工作中搶占先機(jī)， 掌握主動。 而我國則將納米研究技術(shù)作 為重要的科學(xué)研究規(guī)劃， 主要進(jìn)行納米電子學(xué)的研究， 而納米電子學(xué)也被中科院肯定 為 2020 年左右最易實現(xiàn)，也對納米科技研究有重大影響的研究。2.1 碳納米管1991年日本科學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)碳納米管(carbo n nano tubes , CN。碳納米管自 身是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 又有很好的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性等， 可以說集光學(xué)和機(jī)械性能

8、以及電子 特性三者的優(yōu)異性于一身，所以，碳納米管也被世界上的科學(xué)家們作為研究的重點。利用碳納米管的電子性，使得它可以往單電子器件和晶體管材料方向展開研究。 2010年 2月，芬蘭和日本的科學(xué)家研究出了新型碳納米管，它是最優(yōu)的介于半導(dǎo)體 和金屬性兩者平衡點之間的材料， 基于對新型碳納米管的研究， 科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)它可以 制作成集成電路， 且該電路具有邏輯順序， 可為納米計算機(jī)的研發(fā)帶來一些啟發(fā)和靈 感。同年 6 月份，瑞典的歌德堡大學(xué)研發(fā)出了一種對納米管形成的過程可控的方法， 利用碳納米管可以使晶體管的尺寸變得更小， 運(yùn)行速度也更快， 制造出的半導(dǎo)體材料 比硅晶體管高出 70%的碳納米管， 從而使得

9、電子流動性要高于現(xiàn)有普通半導(dǎo)體材料的 25%，可以說半導(dǎo)體材料已經(jīng)在往新型碳納米管上轉(zhuǎn)型，新型碳納米管將會在今后得 到更多的應(yīng)用。2.2 納米電子元件 納米電子元件問世之前，電子元件經(jīng)過了集成元件、超大規(guī)模集成元件兩個發(fā) 展歷程，因此，納米電子元件是在 “兩位前輩 ”的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。2010 年，美國人發(fā)明了納米處理器。同年，澳大利亞和美國聯(lián)合研發(fā)出了原子 晶體管。 2011 年，美國匹茲堡大學(xué)研發(fā)出了超小型單電子晶體管，實現(xiàn)了超大規(guī)模 集成電路朝微型化、 低能耗方向發(fā)展。 在未來的幾十年， 納米電子元件將得到不斷發(fā) 展，更多性能優(yōu)越的電子元件將不斷被研發(fā)出， 這為人類探索更深層次領(lǐng)域

10、提供了可 能。隨著集成規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電子元件的尺寸卻要越做越小，要達(dá)到納米尺寸的范 圍(0.1-100nm),例如剛剛面試的單電子晶體管，它的一個電子信號就代表了一位信 息的數(shù)據(jù)，意思就是晶體管的尺寸要小到極致，從而顛覆了現(xiàn)代電子技術(shù)的高集成、 高速度下，一定要高能耗的格局。2.3 石墨烯 石墨烯作為一種新型的納米材料， 具有堅硬但極薄的特點。 在常溫條件下， 相對于其 他導(dǎo)體，電子的傳遞速度要相對較快。因此，對于石墨烯的開發(fā)研究十分必要。眾所 周知，導(dǎo)體釋放的能量是有電子和原子之間的相互碰撞產(chǎn)生的， 但是這種釋放方式往 往會導(dǎo)致能量的浪費(fèi)。 但是如果石墨烯作為納米材料進(jìn)行使用， 那么就能大

11、大減少能 量的損耗。同時，將石墨烯材料不斷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，用于集成電路，則會對電路進(jìn)行 改革性推進(jìn)。2.4 納米生物電子生物芯片生物芯片主要包括 2 方面：（1）納米復(fù)合材料在生物芯片制備方面的應(yīng)用，增強(qiáng) 核酸、蛋白質(zhì)與片基間靜態(tài)與動態(tài)粘附力，促進(jìn)小型化、高分辨率與多功能化； （2） 拓寬生物芯片應(yīng)用范圍，如植物藥有效成分的高通量篩選，癌癥等疾病的臨床診斷， 作為細(xì)胞內(nèi)部信號傳感器。結(jié)合微電子磁技術(shù)，生物芯片已用于單細(xì)胞分離、單基因突變分析、基因擴(kuò)增與 免疫分析。在微小硅材料表明制出能對微量樣品進(jìn)行變性、分離、純化、電泳、 PCR 擴(kuò)增、加樣和檢測等的微小結(jié)構(gòu)， 將普通實驗的各步驟微縮在一個芯片

12、上。 生物芯片 不同于半導(dǎo)體電子芯片，它在很小幾何尺度的表面積上裝配一種或集成多種生物活 性，僅用微量生理或生物采樣，即可同時檢測和研究不同的生物細(xì)胞、生物分子和 DNA特性及它們之間的相互作用，從而獲得生命微觀活動的規(guī)律。生物芯片有集成、 并行和快速檢測的優(yōu)點，成為 21 世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)工程的前沿科技。生物芯片分為細(xì)胞 芯片、蛋白質(zhì)芯片（生物分子芯片）和基因芯片（ DNA芯片）。納米探針利用納米技術(shù)制成納米探針， 可直接對生物分子在其生命環(huán)境中進(jìn)行檢測， 以獲 得更真實更詳盡的信息。納米探針可探測多種細(xì)胞化學(xué)物質(zhì)， 監(jiān)控活細(xì)胞蛋白質(zhì)和其他生物化學(xué)物質(zhì)； 還 可用于篩選微量藥物， 最終實現(xiàn)評定單

13、個細(xì)胞的健康狀況。 利用納米探針制成納米傳 感器，其納米級探頭可探測單個活細(xì)胞并插入活細(xì)胞中探知導(dǎo)致腫瘤的早期DNA損傷。結(jié)論： 綜上所述，納米電子技術(shù)在電子材料、電子元件、生物醫(yī)學(xué)等方面得到了應(yīng)用， 并取得了較好的成效。 隨著世界各國對納米電子技術(shù)的重視， 各國對納米電子技術(shù)的 資金投入以及科學(xué)研究者們的不斷研發(fā)， 納米電子技術(shù)真正應(yīng)用到人們的日常生活將 指日可待。屆時，高效、環(huán)保、科學(xué)的生物材料，醫(yī)學(xué)設(shè)備和電子晶體管的問世，將 會大大改善人們的生活現(xiàn)狀， 讓人們切切實實地體驗納米時代。 上文所介紹的僅為納 米科技應(yīng)用的冰山一角， 納米科技的神通幾乎是無限的。 幾十年來，人們對納米科技 已進(jìn)行了大量而深入的研究， 目前，納米科技的某些應(yīng)用也已實現(xiàn)， 但大量的實際應(yīng) 用還處于人們的規(guī)劃藍(lán)圖中， 納米時代的真正到來還需要科學(xué)家的長期、 不懈努力。 希望在不久的將來，納米科技能以其神奇的技能為人類的生活增添色彩。參考文獻(xiàn)：1 劉 長 利 , 沈 雪 石 , 張 學(xué) 騖 , 等 . 納 米 電 子 技 術(shù) 的 發(fā) 展 與 展 望 J. 微 納 電 子 技 術(shù)