本文摘要：納米電子技術(shù)是指在納米尺寸級(jí)別內(nèi)構(gòu)建納米和電子器件，進(jìn)而完成量子計(jì)算機(jī)和量子通信系統(tǒng)之間的信息計(jì)算及傳導(dǎo)與處理的相關(guān)技術(shù)，納米電子技術(shù)發(fā)展的核心是納米電子器件。納米電子技術(shù)正處于高速發(fā)展時(shí)期，其最終目標(biāo)是為了利用最前沿的物理理論和工藝手段
納米電子技術(shù)是指在納米尺寸級(jí)別內(nèi)構(gòu)建納米和電子器件，進(jìn)而完成量子計(jì)算機(jī)和量子通信系統(tǒng)之間的信息計(jì)算及傳導(dǎo)與處理的相關(guān)技術(shù)，納米電子技術(shù)發(fā)展的核心是納米電子器件。納米電子技術(shù)正處于高速發(fā)展時(shí)期，其最終目標(biāo)是為了利用最前沿的物理理論和工藝手段，打破原有的大小尺寸及技術(shù)極限，依照全新的設(shè)計(jì)理念制造納米電子器件，構(gòu)建電子系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)的信息存儲(chǔ)和處理能力走上新的臺(tái)階，實(shí)現(xiàn)革命性的突破。
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納米電子技術(shù)是指在納米尺寸級(jí)別內(nèi)構(gòu)建納米和電子器件，進(jìn)而完成量子計(jì)算機(jī)和量子通信系統(tǒng)之間的信息計(jì)算及傳導(dǎo)與處理的相關(guān)技術(shù)。納米電子技術(shù)正處于高速發(fā)展時(shí)期，其最終目標(biāo)是為了利用最前沿的物理理論和工藝手段，打破原有的大小尺寸及技術(shù)極限，依照全新的設(shè)計(jì)理念制造納米電子器件，構(gòu)建電子系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)的信息存儲(chǔ)和處理能力走上新的臺(tái)階，實(shí)現(xiàn)革命性的突破。
根據(jù)摩爾定律，當(dāng)價(jià)格恒定時(shí)，集成電路上的元器件數(shù)目，每經(jīng)過(guò)18到24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也會(huì)提升一倍。但是在未來(lái)的幾十年內(nèi)，在繼續(xù)提高計(jì)算器的運(yùn)算能力和存儲(chǔ)能力等方面將面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這其中既有技術(shù)性的工藝限制，也有原理性的理論限制。主要有：(1)當(dāng)電子器件的大小尺寸處于微米級(jí)別時(shí)，電子主要表現(xiàn)為粒子性，而當(dāng)大小尺寸為納米級(jí)別時(shí)，電子主要表現(xiàn)的卻是波動(dòng)性，此時(shí)的電子器件將在完全不同的原理下工作;(2)當(dāng)器件尺寸減小到納米級(jí)別時(shí)，該系統(tǒng)產(chǎn)生的熱起伏將會(huì)限制電子器件的性能，致使其無(wú)法正常運(yùn)行。
納米電子技術(shù)和電子器件的出現(xiàn)及發(fā)展有望打破這種困局，同時(shí)也為微電子技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和轉(zhuǎn)機(jī)。本文將闡述納米電子技術(shù)和納米電子器件的分類及指出在納米電子領(lǐng)域中所面臨的和亟待解決的問題。
1 納米電子技術(shù)與納米電子器件
納米電子器件指使用納米級(jí)別的加工和制造技術(shù)(如光刻工藝、外延、細(xì)微加工、自組裝生長(zhǎng)和分子合成技術(shù)等)，設(shè)計(jì)并制備而成的具有納米級(jí)別的尺度和某些特定性能的電子器件。當(dāng)前人們通過(guò)納米電子材料和納米光刻技術(shù)，已設(shè)計(jì)出多種納米電子器件，例如電子共振隧穿器件、金屬基、單電子晶體管、半導(dǎo)體、單電子靜電計(jì)存儲(chǔ)器及邏輯電路、金屬基單電子晶體管存儲(chǔ)器、通過(guò)硅納米晶體制造的存儲(chǔ)器、聚合體電子器件、納米硅微晶薄膜器件和納米級(jí)浮柵存儲(chǔ)器等
2 納米電子器件的分類
國(guó)內(nèi)外對(duì)納米電子器件分類有著不同的看法。根據(jù)目前納米電子技術(shù)的發(fā)展和對(duì)未來(lái)發(fā)展前景的估測(cè)，有一種看法將納米電子器件從廣義分成8類：(1)納米CMOS混合電路，有納米CMOS電路及半導(dǎo)體共振隧道效應(yīng)混合電路，單電子納米開關(guān)電路和納米CMOS電路，還有碳納米管電路和納米CMOS電路，人造原子電路和納米CMOS電路，DNA電路和納米CMOS電路;(2)納米存儲(chǔ)器，例如隧道型靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、單電子存儲(chǔ)器、超高容量納米存儲(chǔ)器和單電子量子存儲(chǔ)器等;(3)納米集成電路，有納米光電電路及納米電子集成電路;(4)納米傳感器，例如量子級(jí)別的隧道傳感器;(5)單分子器件，例如單電子開關(guān)、分子線、電化學(xué)分子電子器件、單原子點(diǎn)接觸器件、量子效應(yīng)分子電子器件等;(6)單電子器件，例如電容耦合和電阻耦合單電子晶體管、單電子泵、單電子箱、單電子陷阱、單電子泵和單電子結(jié)陣列等等;(7)量子效應(yīng)器件，例如量子點(diǎn)器件、諧振隧道器件和量子干涉器件等等;(8)納米級(jí)別的CMOS器件，例如異質(zhì)結(jié)MOSFET、雙極MOSFET、絕緣層上硅MOSFET、和低溫MOSFET等等。以上分類中，納米傳感器、存儲(chǔ)器、納米集成電路、納米級(jí)CMOS器件和納米CMOS混合型電路等均作為一種完全獨(dú)立的器件類型。但是否應(yīng)該將這些納米級(jí)別的CMOS器件、傳感器或者納米集成電路納入納米器件的范疇，當(dāng)前還未有定論。
3 納米結(jié)構(gòu)制備和加工技術(shù)
無(wú)論是研究納米電子技術(shù)，還是制作納米電子器件都是非常復(fù)雜的。本文僅對(duì)納米電子器件的制備進(jìn)行簡(jiǎn)單的探索，提供一些思路和建議。
3.1 光刻技術(shù)
電子束光刻、光學(xué)光刻與離子束光刻統(tǒng)稱為三束光刻技術(shù)，機(jī)理是通過(guò)曝光掩模、刻線等物理化學(xué)工藝將設(shè)計(jì)的器件圖形結(jié)構(gòu)傳遞到介質(zhì)或單晶表面上，形成功能圖形的加工技術(shù)。目前，隨著光刻技術(shù)線寬的不斷縮減，電子束光、刻光學(xué)光刻與離子束光刻等技術(shù)已在納米CMOS器件、納米CMOS混合集成電路、納米集成電路等加工領(lǐng)域去的較好應(yīng)用效果，并逐漸在納米電子器件加工方面獲得了應(yīng)用。
3.2 外延技術(shù)
原子層外延、分子束外延金屬、有機(jī)化學(xué)汽相淀積與化學(xué)束外延技術(shù)統(tǒng)稱為外延技術(shù)，是一種在基體上生長(zhǎng)納米薄膜的納米制造技術(shù)，可用于納米集成電路上的硅基半導(dǎo)體材料和納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，均用于器件的加工與制備。
3.3 分子自組裝合成技術(shù)
自組裝是依靠分子間非共價(jià)鍵力自發(fā)將無(wú)序狀態(tài)結(jié)合成穩(wěn)定的聚集體的過(guò)程，可以發(fā)生在不同的尺度上。自從80年代有人提出分子器件的概念至今，人們已從當(dāng)年的LB技術(shù)發(fā)展到了如今的分子自組裝技術(shù)，同時(shí)從雙液態(tài)隔膜技術(shù)發(fā)展到了SBLM技術(shù)，現(xiàn)已在加工具有特定功能的分子聚集體、分子組裝有序分子薄膜等方面取得了豐碩的成果。目前，國(guó)際上已開始研究超分子自組裝合成技術(shù)。
3.4 SPM技術(shù)
自從1982年第一臺(tái)掃描隧道顯微鏡(STM)誕生，以及后來(lái)各種掃描探針顯微鏡發(fā)明以來(lái)，人類對(duì)微觀納米世界的認(rèn)識(shí)翻開了新的一頁(yè)�，F(xiàn)今的掃描探針顯微鏡(SPM)的橫向分辨率可達(dá)0.1nm，縱向分辨率可達(dá)0.01nm，不僅可以進(jìn)行觀測(cè)高分辨率的三維成像，還可對(duì)材料表面結(jié)構(gòu)的不同性質(zhì)進(jìn)行研究。因此，這已不僅是一種簡(jiǎn)單的微觀測(cè)量和分析的工具，更是一種非常重要的微觀操縱與加工工具。
3.5 特種超微細(xì)加工技術(shù)
還有另外一些特殊的超微細(xì)加工技術(shù)，可用于制備和加工納米電子器件：包括納米碳管構(gòu)建FET;通過(guò)機(jī)械控制裂隙連接電極技術(shù)制備Au原子線;以介孔材料、納米碳管、DNA分子為模板，電火花加工、制備量子線、電化學(xué)加工及超精密復(fù)合加工、電解射流加工等技術(shù)等。
4 展望
納米技術(shù)目前的發(fā)展現(xiàn)狀是非�？捎^的，具有一定的社會(huì)意義。其作為一項(xiàng)具有應(yīng)用性、高性能和巨大潛力的科技成果，在一定程度上對(duì)人們的生活起到重要的作用。納米電子技術(shù)是以許多現(xiàn)代自然科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的科學(xué)，研究涉及混沌物理、量子力學(xué)、基礎(chǔ)化學(xué)、分子生物學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、核分析技術(shù)、掃描隧道顯微鏡技術(shù)和微電子等多種現(xiàn)代技術(shù)，并與機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等學(xué)科相互融合，這種融合發(fā)展必然會(huì)引發(fā)各行業(yè)各領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)發(fā)展，對(duì)于人類而言，不僅可以改善生存環(huán)境，提高生活水平，并且還將從根本上造福全人類。
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