纳米技术在微电子学上的应用 微电子技术的应用举例

纳米电子学是纳米技术的重要组成部分,其主要思想是基于纳米粒子的量子效应来设计并制备纳米量子器件,它包括纳米有序(无序)阵列体系、纳米微粒与微孔固体组装体系、纳米超结构组装体系。纳米电子学的最终目标是将集成电路进一步减小,研制出由单原子或单分子构成的在室温能使用的各种器件。
纳米技术在微电子学上的应用 微电子技术的应用举例

  目前,利用纳米电子学已经研制成功各种纳米器件。单电子晶体管,红、绿、蓝三基色可调谐的纳米发光二极管以及利用纳米丝、巨磁阻效应制成的超微磁场探测器已经问世。并且,具有奇特性能的碳纳米管的研制成功,为纳米电子学的发展起到了关键的作用。

  碳纳米管是由石墨碳原子层卷曲而成,径向尺层控制在100nm以下。电子在碳纳米管的运动在径向上受到限制,表现出典型的量子限制效应,而在轴向上则不受任何限制。以碳纳米管为模子来制备一维半导体量子材料,并不是凭空设想,清华大学的范守善教授利用碳纳米管,将气相反应限制在纳米管内进行,从而生长出半导体纳米线。他们将Si-SiO2混合粉体置于石英管中的坩埚底部,加热并通入N2。SiO2气体与N2在碳纳米管中反应生长出Si3N4纳米线,其径向尺寸为4~40nm。另外,在1997年,他们还制备出了GaN纳米线。1998年该科研组与美国斯坦福大学合作,在国际上首次实现硅衬底上碳纳米管阵列的自组织生长,它将大大推进碳纳米管在场发射平面显示方面的应用。其独特的电学性能使碳纳米管可用于大规模集成电路,超导线材等领域。


  早在1989年,IBM公司的科学家就已经利用隧道扫描显微镜上的探针,成功地移动了氙原子,并利用它拼成了IBM三个字母。日本的Hitachi公司成功研制出单个电子晶体管,它通过控制单个电子运动状态完成特定功能,即一个电子就是一个具有多功能的器件。另外,日本的NEC研究所已经拥有制作100nm以下的精细量子线结构技术,并在GaAs衬底上,成功制作了具有开关功能的量子点阵列。目前,美国已研制成功尺寸只有4nm具有开关特性的纳米器件,由激光驱动,并且开、关速度很快。

  美国威斯康星大学已制造出可容纳单个电子的量子点。在一个针尖上可容纳这样的量子点几十亿个。利用量子点可制成体积小、耗能少的单电子器件,在微电子和光电子领域将获得广泛应用。此外,若能将几十亿个量子点连结起来,每个量子点的功能相当于大脑中的神经细胞,再结合MEMS(微电子机械系统)方法,它将为研制智能型微型电脑带来希望。

  纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段,按照全新的理念来构造电子系统,并开发物质潜在的储存和处理信息的能力,实现信息采集和处理能力的革命性突破,纳米电子学将成为对世纪信息时代的核心。

  

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