納米技術(shù)展新程
20世紀(jì)的最后十年,一門嶄新的學(xué)科——納米科學(xué)技術(shù)誕生了。納米科學(xué)技術(shù)(nano scale science and technology)是一門在0.1～100nm尺度空間內(nèi),研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性的高技術(shù)學(xué)科。它的最終目標(biāo)是人類按照自己的意志直接操縱單個(gè)原子,制造具有特定功能的產(chǎn)品。
納米技術(shù)的新穎、獨(dú)特的思路和首批研究成果的問(wèn)世,在科學(xué)技術(shù)界和軍界引起巨大發(fā)響,受到廣泛關(guān)注。IBM公司首席科學(xué)家Amotrong說(shuō)：“正如70年代微電子技術(shù)引發(fā)了信息革命一樣,納米科學(xué)技術(shù)將成為下一世紀(jì)信息時(shí)代的核心�！�
IBM公司日前宣布開(kāi)發(fā)出目前世界上最小的計(jì)算機(jī)邏輯電路,這是一種利用單個(gè)碳分子制作的雙晶體管組件。用來(lái)生產(chǎn)這種電路的材料是只有頭發(fā)絲十萬(wàn)分之一大小的碳納米管,這種碳納米管具有極高的強(qiáng)度和良好的半導(dǎo)體特性,納米管直徑為1～2納米,長(zhǎng)度為1毫米,強(qiáng)度是鋼的10倍。因此,IBM的科學(xué)家認(rèn)為這是一種有望替代硅的新材料。
IBM公司負(fù)責(zé)納米級(jí)技術(shù)的經(jīng)理Avouris和他的同事們一起研制成功的碳納米管邏輯電路,由一個(gè)帶正電荷的晶體管和一個(gè)帶負(fù)電荷的晶體管構(gòu)成,它標(biāo)志著通向生產(chǎn)出替代硅處理器的芯片所需三個(gè)步驟當(dāng)中的第二個(gè)步驟。第一個(gè)步驟是在1998年實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)時(shí)包括IBM和NEC研究人員在內(nèi)的科學(xué)家制造出了納米管晶體管。第三步驟是將許多嵌入晶體管的邏輯電路連接在一起,構(gòu)成了一個(gè)執(zhí)行復(fù)雜計(jì)算機(jī)任務(wù)的新型處理器。
IBM最新研制的電路屬于“非門”,它是構(gòu)成計(jì)算機(jī)處理器的三種基礎(chǔ)邏輯電路當(dāng)中最簡(jiǎn)單的一種。以往研制成功的納米管晶體管都屬于正極性的P型晶體管�？茖W(xué)家一直未能研制出負(fù)極性的N型納米管晶體管。IBM公司最近取得的新突破就在于借助簡(jiǎn)易的工藝技術(shù)在一個(gè)真空裝置內(nèi)加熱P型晶體管,將其變成了N型納米管晶體管。
Motorola日前宣布開(kāi)發(fā)成功一種新技術(shù),該技術(shù)能夠使主流計(jì)算機(jī)芯片的微電路集成度增加50%以上,從而使得芯片變?yōu)楦∏?在便攜式電腦、手機(jī)、PDA等輕便的移動(dòng)通信終端領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
據(jù)Motorola 公司透露,該公司研制出一種稱為Photomask的新型材料,將這種材料用在硅片上制造電腦芯片,就可以在芯片上集成直徑小于100納米的各種元器件。在制造芯片時(shí)需要經(jīng)過(guò)光刻工序,借助光線在硅片原料上制作電路。采用Pholomask 技術(shù)之后,這項(xiàng)工序改進(jìn)成了“無(wú)紫外線（EUV）光刻”,流程中使用波長(zhǎng)更短的紫外線,使其精度更高。Motorola公司數(shù)字DNA實(shí)驗(yàn)室主任Joc Mogab 說(shuō),通過(guò)使用EUV光刻法,人們最后甚至能將寬度為13納米的電路線刻入芯片內(nèi)。
實(shí)際上,被囚禁的電子并不因此而固定不動(dòng)。按照量子力學(xué)的規(guī)律,有時(shí)它可以脫離控制自由逃逸出來(lái),這種現(xiàn)象一方面預(yù)示著在新一代芯片中的邏輯單元將不用連線而相關(guān)聯(lián),因而需要新的設(shè)計(jì)才能使單電子器件變成集成電路;另一方面也會(huì)使芯片的動(dòng)作不可控制。歸根結(jié)底,在這一情況下電子應(yīng)被看成是“波”而不是一個(gè)粒子。所以盡管電子器件已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里得以實(shí)現(xiàn),但是真要在工業(yè)上還需要時(shí)間。被囚禁在小尺寸內(nèi)的電子的另一種貢獻(xiàn),是會(huì)使材料發(fā)出很強(qiáng)的光�！傲孔狱c(diǎn)列激光器”或“級(jí)聯(lián)激光器”的尺寸極小,但發(fā)光的強(qiáng)度很高,用很低的電壓就可以驅(qū)動(dòng)它們發(fā)出藍(lán)光或綠光,用來(lái)讀寫(xiě)光盤可使盤的存儲(chǔ)密度提高好幾倍。如果用“囚禁”原子的小顆粒量子點(diǎn)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),制成量子磁盤,存儲(chǔ)度可提高成千上萬(wàn)倍,會(huì)給信息存儲(chǔ)技術(shù)帶來(lái)一場(chǎng)革命。
目前已經(jīng)制成一部分納米電子元器件,例如納米傳感器,用來(lái)測(cè)量諸如壓力、力矩,
