本文摘要：納米電子技術是指在納米尺寸級別內(nèi)構建納米和電子器件，進而完成量子計算機和量子通信系統(tǒng)之間的信息計算及傳導與處理的相關技術，納米電子技術發(fā)展的核心是納米電子器件。納米電子技術正處于高速發(fā)展時期，其最終目標是為了利用最前沿的物理理論和工藝手段
納米電子技術是指在納米尺寸級別內(nèi)構建納米和電子器件，進而完成量子計算機和量子通信系統(tǒng)之間的信息計算及傳導與處理的相關技術，納米電子技術發(fā)展的核心是納米電子器件。納米電子技術正處于高速發(fā)展時期，其最終目標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極限，依照全新的設計理念制造納米電子器件，構建電子系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)的信息存儲和處理能力走上新的臺階，實現(xiàn)革命性的突破。
推薦閱讀：《納米技術與精密工程》(雙月刊)創(chuàng)刊于2003年，是由天津大學和中國微米納米技術學會共同主辦的中國微米納米技術學會一級學會會刊，是納米技術與精密工程領域的專業(yè)性學術期刊，主要刊登納米技術、微機電系統(tǒng)、精密加工和精密測量方面用中、英文撰寫的具有創(chuàng)新性的科學研究論文、研究報告以及重要學術問題的討論等，旨在反映國內(nèi)外該領域及相關領域的重要科學研究成果，促進學術交流和科學技術發(fā)展。
納米電子技術是指在納米尺寸級別內(nèi)構建納米和電子器件，進而完成量子計算機和量子通信系統(tǒng)之間的信息計算及傳導與處理的相關技術。納米電子技術正處于高速發(fā)展時期，其最終目標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極限，依照全新的設計理念制造納米電子器件，構建電子系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)的信息存儲和處理能力走上新的臺階，實現(xiàn)革命性的突破。
根據(jù)摩爾定律，當價格恒定時，集成電路上的元器件數(shù)目，每經(jīng)過18到24個月便會增加一倍，性能也會提升一倍。但是在未來的幾十年內(nèi)，在繼續(xù)提高計算器的運算能力和存儲能力等方面將面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，這其中既有技術性的工藝限制，也有原理性的理論限制。主要有：(1)當電子器件的大小尺寸處于微米級別時，電子主要表現(xiàn)為粒子性，而當大小尺寸為納米級別時，電子主要表現(xiàn)的卻是波動性，此時的電子器件將在完全不同的原理下工作;(2)當器件尺寸減小到納米級別時，該系統(tǒng)產(chǎn)生的熱起伏將會限制電子器件的性能，致使其無法正常運行。
納米電子技術和電子器件的出現(xiàn)及發(fā)展有望打破這種困局，同時也為微電子技術的發(fā)展提供了新的思路和轉(zhuǎn)機。本文將闡述納米電子技術和納米電子器件的分類及指出在納米電子領域中所面臨的和亟待解決的問題。
1 納米電子技術與納米電子器件
納米電子器件指使用納米級別的加工和制造技術(如光刻工藝、外延、細微加工、自組裝生長和分子合成技術等)，設計并制備而成的具有納米級別的尺度和某些特定性能的電子器件。當前人們通過納米電子材料和納米光刻技術，已設計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、半導體、單電子靜電計存儲器及邏輯電路、金屬基單電子晶體管存儲器、通過硅納米晶體制造的存儲器、聚合體電子器件、納米硅微晶薄膜器件和納米級浮柵存儲器等
2 納米電子器件的分類
國內(nèi)外對納米電子器件分類有著不同的看法。根據(jù)目前納米電子技術的發(fā)展和對未來發(fā)展前景的估測，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電路及半導體共振隧道效應混合電路，單電子納米開關電路和納米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)納米存儲器，例如隧道型靜態(tài)隨機存儲器、單電子存儲器、超高容量納米存儲器和單電子量子存儲器等;(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，例如量子級別的隧道傳感器;(5)單分子器件，例如單電子開關、分子線、電化學分子電子器件、單原子點接觸器件、量子效應分子電子器件等;(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陣列等等;(7)量子效應器件，例如量子點器件、諧振隧道器件和量子干涉器件等等;(8)納米級別的CMOS器件，例如異質(zhì)結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、存儲器、納米集成電路、納米級CMOS器件和納米CMOS混合型電路等均作為一種完全獨立的器件類型。但是否應該將這些納米級別的CMOS器件、傳感器或者納米集成電路納入納米器件的范疇，當前還未有定論。
3 納米結構制備和加工技術
無論是研究納米電子技術，還是制作納米電子器件都是非常復雜的。本文僅對納米電子器件的制備進行簡單的探索，提供一些思路和建議。
3.1 光刻技術
電子束光刻、光學光刻與離子束光刻統(tǒng)稱為三束光刻技術，機理是通過曝光掩模、刻線等物理化學工藝將設計的器件圖形結構傳遞到介質(zhì)或單晶表面上，形成功能圖形的加工技術。目前，隨著光刻技術線寬的不斷縮減，電子束光、刻光學光刻與離子束光刻等技術已在納米CMOS器件、納米CMOS混合集成電路、納米集成電路等加工領域去的較好應用效果，并逐漸在納米電子器件加工方面獲得了應用。
3.2 外延技術
原子層外延、分子束外延金屬、有機化學汽相淀積與化學束外延技術統(tǒng)稱為外延技術，是一種在基體上生長納米薄膜的納米制造技術，可用于納米集成電路上的硅基半導體材料和納米半導體結構，均用于器件的加工與制備。
3.3 分子自組裝合成技術
自組裝是依靠分子間非共價鍵力自發(fā)將無序狀態(tài)結合成穩(wěn)定的聚集體的過程，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，人們已從當年的LB技術發(fā)展到了如今的分子自組裝技術，同時從雙液態(tài)隔膜技術發(fā)展到了SBLM技術，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，國際上已開始研究超分子自組裝合成技術。
3.4 SPM技術
自從1982年第一臺掃描隧道顯微鏡(STM)誕生，以及后來各種掃描探針顯微鏡發(fā)明以來，人類對微觀納米世界的認識翻開了新的一頁。現(xiàn)今的掃描探針顯微鏡(SPM)的橫向分辨率可達0.1nm，縱向分辨率可達0.01nm，不僅可以進行觀測高分辨率的三維成像，還可對材料表面結構的不同性質(zhì)進行研究。因此，這已不僅是一種簡單的微觀測量和分析的工具，更是一種非常重要的微觀操縱與加工工具。
3.5 特種超微細加工技術
還有另外一些特殊的超微細加工技術，可用于制備和加工納米電子器件：包括納米碳管構建FET;通過機械控制裂隙連接電極技術制備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、電化學加工及超精密復合加工、電解射流加工等技術等。
4 展望
納米技術目前的發(fā)展現(xiàn)狀是非常可觀的，具有一定的社會意義。其作為一項具有應用性、高性能和巨大潛力的科技成果，在一定程度上對人們的生活起到重要的作用。納米電子技術是以許多現(xiàn)代自然科學技術為基礎的科學，研究涉及混沌物理、量子力學、基礎化學、分子生物學等現(xiàn)代科學和計算機技術、核分析技術、掃描隧道顯微鏡技術和微電子等多種現(xiàn)代技術，并與機械學、生物學、認知科學等學科相互融合，這種融合發(fā)展必然會引發(fā)各行業(yè)各領域的科學技術發(fā)展，對于人類而言，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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