納米電子技術(shù)分析及發(fā)展分析

韓 熙

（重慶數(shù)字城市科技有限公司，400020）

0 前言

納米技術(shù)即Nanoteeholoy，該技術(shù)的目的為操縱極小空間尺度（0.1～100.0nm）內(nèi)的原子和分子，并加工材料，制造出來(lái)的產(chǎn)品具有部分特殊的功能；又或者是研究某些物質(zhì)，使這些物質(zhì)的原子和分子的運(yùn)動(dòng)特性得以充分的認(rèn)識(shí)與掌握，并以此推進(jìn)某些技術(shù)的研究與發(fā)展。納米電子技術(shù)可以說(shuō)是由微米電子技術(shù)發(fā)展而來(lái)，其核心為納米電子學(xué)。在21世紀(jì)，納米技術(shù)的提出有著十分重要的意義，屬于科技研究的重點(diǎn)，其滲入到了人類社會(huì)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于人類的發(fā)展有著十分深遠(yuǎn)的影響。

1 納米電子技術(shù)概述

1.1 納米電子學(xué)的定義

納米電子學(xué)的發(fā)展方向?yàn)楦游⑿〉氖澜缗c空間，對(duì)納米空間中的電子、原子以及分子進(jìn)行研究，找出其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，并將其應(yīng)用于，實(shí)際在某種中程度上來(lái)講就是微電子學(xué)的一種延伸。納米電子學(xué)的研究對(duì)于集成電路的發(fā)展有著十分重要的作用，能夠突破以往物理與工藝的瓶頸，優(yōu)化集成電路的設(shè)計(jì)與制作，向更多新形式發(fā)展與進(jìn)步。由此可見(jiàn)，納米電子學(xué)的研究與發(fā)展對(duì)于納米電子技術(shù)的發(fā)展有著十分重要的意義。

1.2 納米電子技術(shù)的定義

納米電子技術(shù)屬于一種新型科學(xué)技術(shù)，通過(guò)結(jié)合現(xiàn)代物理與先進(jìn)工程技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)原子的操控，其本質(zhì)屬于納米技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合體。目前，納米電子材料以及納米電子器件是納米電子技術(shù)發(fā)展形成的主要產(chǎn)品。其中納米電子材料包括納米硅、納米半導(dǎo)體陶瓷等，納米電子器件主要為集成電路、MEMS技術(shù)以及納米導(dǎo)線等，下文將會(huì)對(duì)其中一些產(chǎn)品進(jìn)行具體的介紹。

2 納米電子技術(shù)的起源

2.1 微電子技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)瓶頸

20世紀(jì)屬于人類社會(huì)技術(shù)發(fā)展的重要時(shí)期，在這一時(shí)期涌現(xiàn)出許多重大發(fā)明，尤其是電子器件產(chǎn)品對(duì)于人們的生產(chǎn)與生活起到了十分重要的影響并且集成電路芯片的發(fā)展趨勢(shì)也朝著小型化發(fā)展。隨著微電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，許多電子器件的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)極限，但是人們對(duì)于電器元件的要求越來(lái)越高，包括其尺寸、成本、功率、穩(wěn)定性等，在這些方面想要取得重大的突破并非易事，微電子技術(shù)的發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)。而造成這一問(wèn)題的主要原因就是很多電子集成芯片的尺寸要求已經(jīng)接近納米級(jí)，而這是電子波則代替信息載體電子流的宏觀集體效應(yīng)，而借助電子數(shù)量來(lái)處理信號(hào)是電子器件的主要方式，因此器件的功耗與速度在這一高集成度的條件之下難以取得突破。此外，作為晶體管的基礎(chǔ)，PN結(jié)會(huì)由于固體器件的尺寸達(dá)到納米時(shí)而失去特性。

2.2 納米技術(shù)的產(chǎn)生

為了在上述微電子技術(shù)發(fā)展的條件下中使半導(dǎo)體芯片在功率、成本、尺寸以及穩(wěn)定性等多方面取得突破，必須引導(dǎo)電子器件向納米級(jí)別的方向發(fā)展，這就產(chǎn)生了納米電子技術(shù)。納米電子技術(shù)的應(yīng)用能夠使電子器件中的功耗問(wèn)題得到解決，并且能大幅度提高器件的響應(yīng)速度與能耗。納米電子器件又稱為量子器件，相比于微電子器件，其尺寸更小，主要是借助器件的量子特性來(lái)控制電子波的相位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)部分功能。

3 納米電子技術(shù)研究的成果

3.1 納米材料

目前，隨著納米電子技術(shù)的進(jìn)一步研究，涌現(xiàn)出許多新興納米材料，例如納米半導(dǎo)體陶瓷材料、納米硅材料、納米硅薄膜等。其中納米硅材料的應(yīng)用較為廣泛，硅電子技術(shù)具有低能耗、低成本、高精度、高工作效率以及受環(huán)境影響小的優(yōu)勢(shì)，具有不錯(cuò)的發(fā)展前景。隨著納米硅電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，其充分實(shí)現(xiàn)了各技術(shù)領(lǐng)域的結(jié)合，從性能、尺寸、價(jià)格等方面對(duì)電子產(chǎn)品都有著十分重要的影響。

3.2 納米電子器件

電子元件的基本器件經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，即分立元件階段、集成元件階段、超大規(guī)模集成電路，目前，我們正處于超大規(guī)模集成電路這一階段。納米電子階段逐漸成為了電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，每個(gè)芯片包含了超過(guò)一億的元件，目前單電子晶體管的制作就是借助了納米級(jí)微細(xì)加工技術(shù)，其原理為將每一位信息數(shù)據(jù)由一個(gè)電子信號(hào)來(lái)代表，由此實(shí)現(xiàn)晶體管尺寸的最小化，這一技術(shù)體現(xiàn)了現(xiàn)代電子技術(shù)在集成度、速度以及功耗等方面的突破，使納米加工技術(shù)的發(fā)展得到推動(dòng)。目前，納米電子器件研究的主要成果有微型電子機(jī)械系統(tǒng)以及微光機(jī)系統(tǒng)以及納米機(jī)器人。

4 納米電子技術(shù)的應(yīng)用

隨著納米技術(shù)的研究的不斷深入，諸多先進(jìn)電子產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用到人們實(shí)際生活中。以現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)納米電子技術(shù)的應(yīng)用為例，以納米電子技術(shù)為基礎(chǔ)的掃描隧道顯微鏡能夠觀察細(xì)胞膜與細(xì)胞器表面結(jié)構(gòu)，并獲取有效信息。還有納米傳感器，其能夠通過(guò)對(duì)各類生化反應(yīng)的觀察來(lái)獲取獲取化學(xué)信息與電化學(xué)信息。此外還有立體定向全身伽瑪?shù)丁ET、MRI、多層螺旋CT、彩色多普勒超聲診斷儀等高科技醫(yī)學(xué)電子產(chǎn)品。

5 納米電子技術(shù)的前景

5.1 納米硅薄膜

納米硅材料的優(yōu)點(diǎn)十分突出，是目前在產(chǎn)量、發(fā)展、用途、重要性都優(yōu)于其他材料的一種半導(dǎo)體材料。幾乎世界上所有的半導(dǎo)體器件都會(huì)涉及到硅。而納米硅薄膜屬于納米硅材料的新型產(chǎn)品，其能夠與硅器件與集成電路相容，在納米電子技術(shù)領(lǐng)域中的地位十分重要，此外納米硅薄膜是研制料子功能器件的重要基礎(chǔ)。

5.2 納米生物電子學(xué)

納米電子學(xué)中有一門重要的科目為納米生物電子學(xué)，其在生物芯片中運(yùn)用到納米電子技術(shù)，進(jìn)而研制出更加先進(jìn)的電子產(chǎn)品，如納米機(jī)器人。納米機(jī)器人的尺寸極小，能夠進(jìn)入人體的血管，對(duì)人體的有害物質(zhì)進(jìn)行清除，進(jìn)而保證了人體的健康。這一技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于人類醫(yī)學(xué)的發(fā)展可以說(shuō)起到了十分重要的作用，對(duì)于當(dāng)代納米電子技術(shù)的研究與發(fā)展與屬于一項(xiàng)重要的成果。

5.3 MEMS技術(shù)

MEMS全稱為microelectromechanical system，即微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)，可以簡(jiǎn)稱為微系統(tǒng)技術(shù)。批量化的微電子技術(shù)是該技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，能夠制造出包含各類運(yùn)輸機(jī)構(gòu)與功能組建的微光機(jī)電器件，例如機(jī)械、光學(xué)、流體等，同時(shí)還能夠與集成電路相集成，使其微系統(tǒng)具備獲取信息以及處理和執(zhí)行的功能。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，納米電子技術(shù)是微電子技術(shù)的深入研究與發(fā)展的一個(gè)重要表現(xiàn)，隨著納米電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，該技術(shù)必然會(huì)對(duì)各類科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)了長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響。目前，由于納米電子技術(shù)具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，其在人類社會(huì)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域的研究都在不斷的深化，由此可見(jiàn)納米電子技術(shù)的應(yīng)用是人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展與研究的一個(gè)必然趨勢(shì)。因此，在這一階段，我們應(yīng)抓住機(jī)遇，對(duì)納米電子技術(shù)展開(kāi)深入的研究，進(jìn)而提高生產(chǎn)力，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展。

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