纳米技术展新程
20世纪的最后十年,一门崭新的学科——纳米科学技术诞生了。纳米科学技术(nano scale science and technology)是一门在0.1～100nm尺度空间内,研究电子、原子和分子运动规律和特性的高技术学科。它的最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子,制造具有特定功能的产品。
纳米技术的新颖、独特的思路和首批研究成果的问世,在科学技术界和军界引起巨大发响,受到广泛关注。IBM公司首席科学家Amotrong说：“正如70年代微电子技术引发了信息革命一样,纳米科学技术将成为下一世纪信息时代的核心。”
IBM公司日前宣布开发出目前世界上最小的计算机逻辑电路,这是一种利用单个碳分子制作的双晶体管组件。用来生产这种电路的材料是只有头发丝十万分之一大小的碳纳米管,这种碳纳米管具有极高的强度和良好的半导体特性,纳米管直径为1～2纳米,长度为1毫米,强度是钢的10倍。因此,IBM的科学家认为这是一种有望替代硅的新材料。
IBM公司负责纳米级技术的经理Avouris和他的同事们一起研制成功的碳纳米管逻辑电路,由一个带正电荷的晶体管和一个带负电荷的晶体管构成,它标志着通向生产出替代硅处理器的芯片所需三个步骤当中的第二个步骤。第一个步骤是在1998年实现的,当时包括IBM和NEC研究人员在内的科学家制造出了纳米管晶体管。第三步骤是将许多嵌入晶体管的逻辑电路连接在一起,构成了一个执行复杂计算机任务的新型处理器。
IBM最新研制的电路属于“非门”,它是构成计算机处理器的三种基础逻辑电路当中最简单的一种。以往研制成功的纳米管晶体管都属于正极性的P型晶体管。科学家一直未能研制出负极性的N型纳米管晶体管。IBM公司最近取得的新突破就在于借助简易的工艺技术在一个真空装置内加热P型晶体管,将其变成了N型纳米管晶体管。
Motorola日前宣布开发成功一种新技术,该技术能够使主流计算机芯片的微电路集成度增加50%以上,从而使得芯片变为更小巧,在便携式电脑、手机、PDA等轻便的移动通信终端领域得到广泛的应用。
据Motorola 公司透露,该公司研制出一种称为Photomask的新型材料,将这种材料用在硅片上制造电脑芯片,就可以在芯片上集成直径小于100纳米的各种元器件。在制造芯片时需要经过光刻工序,借助光线在硅片原料上制作电路。采用Pholomask 技术之后,这项工序改进成了“无紫外线（EUV）光刻”,流程中使用波长更短的紫外线,使其精度更高。Motorola公司数字DNA实验室主任Joc Mogab 说,通过使用EUV光刻法,人们最后甚至能将宽度为13纳米的电路线刻入芯片内。
实际上,被囚禁的电子并不因此而固定不动。按照量子力学的规律,有时它可以脱离控制自由逃逸出来,这种现象一方面预示着在新一代芯片中的逻辑单元将不用连线而相关联,因而需要新的设计才能使单电子器件变成集成电路;另一方面也会使芯片的动作不可控制。归根结底,在这一情况下电子应被看成是“波”而不是一个粒子。所以尽管电子器件已经在实验室里得以实现,但是真要在工业上还需要时间。被囚禁在小尺寸内的电子的另一种贡献,是会使材料发出很强的光。“量子点列激光器”或“级联激光器”的尺寸极小,但发光的强度很高,用很低的电压就可以驱动它们发出蓝光或绿光,用来读写光盘可使盘的存储密度提高好几倍。如果用“囚禁”原子的小颗粒量子点来存储数据,制成量子磁盘,存储度可提高成千上万倍,会给信息存储技术带来一场革命。
目前已经制成一部分纳米电子元器件,例如纳米传感器,用来测量诸如压力、力矩,
