新型納米加工技術的研究進展

摘 要：隨著納米技術的發展和電子器件小型化的需求，納米加工方法越來越多地引起人們的關注，納米技術的核心是納米加工技術。新型納米加工技術突破傳統光刻限制和有機高分子結構的限制，屬于多項納米操縱加工技術的系統工程研究，主要特色為瞄準學科前沿的創新性應用基礎研究，具有較強的創新性、前瞻性和原創性，具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：無機納米材料；納米加工技術；研究

隨著納米技術的發展和電子器件小型化的需求，納米加工方法越來越多地引起人們的關注，納米技術的核心是納米加工技術。納米加工技術作為引起一場新的產業革命的科學技術，備受世人矚目。隨著科技的發展，對電子器件小型化的要求越來越強烈，各種器件逐漸由微米向納米尺度發展。特別是對納米器件、光學器件、高靈敏度傳感器、高密度存儲器件以及生物芯片制造等方面的納米化要求越來越強烈，如何縮小圖形尺寸、提高器件的納米化程度已經成為各國科學家們越來越關心的問題。然而由于傳統刻蝕技術的限制使得器件納米化的發展成為當今電子器件小型化發展的重要制約因素之一。因此，新型納米加工技術突破傳統光刻限制和有機高分子結構的限制，屬于多項納米操縱加工技術的系統工程研究，主要特色為瞄準學科前沿的創新性應用基礎研究，具有較強的創新性、前瞻性和原創性，具有廣泛的應用前景。

1 國內外研究現狀

近年來，為了克服原有光刻技術對圖形線寬的限制，人們已探索了許多先進的納米刻蝕加工方法。ATT BeII實驗室的R·S·Becker等人利用掃描探針顯微技術實現了在Ge表面原子級的加工。H·D·Day和D·R·Allee成功地實現了硅表面的納米結構制備，從而在納米加工領域開辟了新的天地。近年來，Mirkin研究組和其它幾個研究集體利用掃描探針技術成功地制造了有機分子納米圖形與陣列、無機氧化物、金屬納米粒子、高分子溶膠等納米圖形和陣列以及蛋白質陣列。此外，離子束、電子束、極紫外、X射線、深紫外加波前工程、干涉光刻以及原子光刻等技術的出現進一步發展了納米刻蝕加工技術，為克服光刻的限制，提高圖形密度提供了可能。然而這些方法雖然可以實現相對復雜的納米圖形化，但其設備昂貴， 投資成本較大、應用步驟復雜，更主要的在于生產效率低，產品價格高昂，因而難以在要求低成本、高產出的商業中得到廣泛的應用，特別是在圖形要求相對簡單、有序，而密度和靈敏度要求較高的納米器件中（如：傳感器、激光器、平板顯示器、高密度存儲器件、生物芯片、量子器件等方面）的應用受到了很大的制約。因此，如何發展簡單、便宜、適用于大規模生產的表面圖案化技術已成為一個涉及眾多學科領域的新課題。

當前，美、日兩國在納米光刻領域的研究處于世界領先地位。為了應對納米技術的挑戰，歐洲最近幾年開展國家間的大型合作項目技術，納米光刻技術得到了深入研究和廣泛發展。近年來我國對納米加工方面的研究也進行了大力的扶持，很多科研單位將納米加工技術列為重點研究項目，并引進了具有0.13和0.09微米生產技術能力的大型芯片企業，為提高我國的納米加工技術和芯片制造水平，發展信息產業技術，搶占21世紀納米科學技術的制高點具有不可低估的作用。

2 新型納米加工技術

納米加工技術是為了適應微電子及納米電子技術、微機械電子系統的發展而迅速發展起來的一門加工技術。目前，探索新的納米加工方法和手段已成為納米技術領域中的熱點。隨著納米加工技術的發展，現已出現了多種納米加工技術，新型納米加工技術利用無機納米材料及無機-有機納米復合圖形材料制備納米圖形化掩模，結合納米刻蝕技術實現小于30納米的圖形結構制備。隨著納米結構圖形尺寸小于100納米后，不僅縮小了器件的尺寸，而且由于納米尺寸效應的影響，納米器件被賦予了許多新的特性：計算速度更快、存儲密度更高、能耗大大減少等。納米技術的發展也會對生命技術發展產生重大的影響，對環境、能源等很多方面都會產生重大影響，具有重大而深遠的意義。

3 新型納米加工技術的應用

和有機材料相比，無機納米材料具有尺寸均勻可控，性質穩定、種類多樣、易于制備等特點，其粒度尺寸可小于10納米，甚至可以達到1納米。同時，利用自組裝排布技術也可以獲得無機納米材料的多種納米圖形結構。顯然，利用無機納米材料做掩模有望進一步克服有機高分子結構和尺寸方面的限制，獲得尺寸更小，密度更高的納米圖形。同時，利用有機分子的多樣性通過功能基團與無機納米材料結合起來，這樣既保留了原來有機分子及無機分子的本質特征，又可能通過這些結合所帶來的變化導致新的納米圖形產生，使納米刻蝕技術向更小的粒度和線寬發展，為提高納米傳感器靈敏度，提高高密度存儲器件的記錄密度等納米器件的性能提供新的契機。但從目前來看，大部分研究主要集中在有機圖形材料的研究方面，對無機材料，特別是無機-有機復合圖形材料的研究還鮮有報導。采用無機納米材料及無機-有機納米復合圖形材料結合自組裝排布技術以及納米刻蝕加工技術，有望打破有機圖形化材料的限制，獲得更為豐富的圖形結構。因此，利用無機納米材料及無機-有機納米復合圖形材料在基底表面實現納米圖形化模板的制備，并結合納米刻蝕技術對圖形進行轉移，不僅可用于納米材料制作、納米器件加工、納米長度測量、納米物質的物理特性研究等方面，還可用于對DNA鏈和病毒進行處理等，具有重要的應用前景。

4 新型納米加工技術前景展望

新型納米加工技術在多個領域具有廣泛的應用，如生物、醫藥、機械、電子等領域，其中包括納米器件（微電子器件、量子器件），納米材料（低維量子點、量子線材料、光子帶寬材料），納米長度測量標準（可置于顯微鏡中），光學光柵制作，新型傳感器，納米電子技術，能源領域以及納米機器人等方面。在納米刻蝕技術完善后，可以制作納米級硬件，今后可廣泛應用于信息科學和生命科學中。與傳統的刻蝕技術相比，以納米材料為基礎的納米刻蝕加工技術由于利用納米材料的圖形化特性并結合反應離子刻蝕技術，實現納米圖形的刻蝕，因此所需設備簡單，操作方便，克服了傳統光刻技術對尺寸的限制和電子束光刻等在設備和生產速度上的限制，因而成為人們近來廣泛關注的熱點，為從宏觀到微觀納米圖形制作開辟了新途徑。對改善太陽能電池表面陷光特性，提高光電轉換效率，以及對微芯片、納米傳感器、量子器件、高密度存儲等高新技術產品向更高密度、更高速度、更高分辨率和超微細化發展，促進國防科技水平和信息科學的進步，以及醫學和生命科學的進步，都具有重大而深遠的意義。目前，隨著納米加工技術逐漸產業化和日趨成熟，已經得到市場廣泛認可和接受，其產業化和市場化的前景是十分可觀的。

5 結束語

納米器件的設計與制造已成為世界上人們關注的熱點，成為二十一世紀科學技術進步的發展動機。新型納米加工技術的發展方向是多種技術的綜合應用，以實現各種技術的優勢互補。因此開展納米加工技術和方法的研究，不僅可以獲得自主知識產權，而且在未來的科技競爭中占據主動。

參考文獻

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基金項目：黑河學院科學技術研究項目“新型納米加工技術的研究”（項目編號：KJY201208）