納米電子器件的應用分析

劉思洋

（湖南省湘潭市第一中學 411100）

納米電子器件的應用分析

劉思洋

（湖南省湘潭市第一中學 411100）

納米電子器件的誕生為微電子技術的發展提供了新的契機，本文主要針對納米電子器件的特點、類型進行分析，并探討納米電子器件在幾個領域中的應用，分析納米電子器件應用中存在的各類問題。

納米電子器件；應用；分析

納米技術是在納米尺度內研究材料的性質和應用的技術。它可以把單原子、分子制造成具有特定功能的產品。它綜合了物理學、化學、材料學、生物學等不同學科領域的內容，是一門交叉性很強的綜合的的高科技技術。這些學科領域和納米技術的結合又形成了獨立的納米王國，涵蓋了納米物理學、納米化學、納米電子學等基礎研究與應用相融合的技術體系。納米電子器件就是利用納米技術這一高科技加工和制造技術設計和制造納米尺度范圍內具有特定功能的電子器件。

1 納米電子器件的性能與分類

納米電子器件的性能遠超傳統的電子器件。它工作速度更快，耗能低，并且納米器件的集成程度更高，所以信息存儲量更大、體積更小，重量也更輕。

人們一般采用由下而上的制備方法來制造納米電子器件。主要包括光學光刻、電子束光刻以及離子束光刻等技術。人們也可以用外延技術和細微加工技術加工和制造納米尺度的功能器件。

納米電子器件可以分為納米級的CMOS器件、量子效應器件、單電子器件、單分子器件、納米傳感器以及納米集成電路、儲存器等不同的類型。例如本征硅溝道隧道型MOSFET屬于納米CMOS器件；諧振隧道熱電子晶體管則屬于量子效應器件。單電子開關、單分子開關屬于單原子和單分子納米電子器件，而單電子量子存儲器也是納米電子器件中納米存儲器的一種。

2 納米電子器件的應用

納米技術在材料學、生物醫學和航空航天領域等都有廣泛應用。納米材料的吸附性、耐熱、耐高溫性能都非常優異，而納米器件的研制和開發也在不斷地進步和發展，納米電子器件的性能也非常優異。

納米器件在航空航天的領域廣泛應用。納米器件的高集成、低能耗和高強度等優良性能可以使得有效負載增加而能耗大幅降低。納米器件的工作速度遠大于傳統的半導體器件，可以應用于軍事領域，納米電子器件在武器上的應用，可以增加武器的機動性和隱蔽性，具有不可思議的戰斗力和生命力。納米傳感器可以靈敏地檢測溫度、濕度和大氣成分的變化，在尾氣排放的監測和大氣環境的治理方面應用廣泛。

運用納米技術和納米電子器件制造的量子計算機具有運算速度快、存儲能力高和能耗低等優點，可以完成傳統計算機不可能完成的運算任務。而DNA生物計算機的研制則是納米技術和納米材料以及納米電子器件發展的巨大進步。生物芯片的記憶和儲存功能使得運算可以通過生化反應來進行，大大提高了運算的速度。

碳納米管可以用來制作性能優良的碳納米管針尖，應用于掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡。這種碳納米管針尖被吸附在AFM的微懸臂針尖上，具有不易吸附性和很高的機械柔軟性等良好的特性。碳納米針管針尖具有很好的機械柔軟性，被撞擊到也不會造成針尖的損壞。它還具有良好的彈性彎曲變形的屬性，可以被用來對針尖作用于樣品表面的力度進行有效地限制，以免造成這些脆弱的樣品的損壞。這種具有較高縱橫比的針尖的使用使得樣品表面具有較深的想、較狹窄的縫隙和臺階邊緣時，可以做到掃描時深達縫隙的底部，從而能更準確地獲取其形貌圖像。

納米器件雖然有很高的性能，但同樣面臨發展的瓶頸，在很多方面需要得到改進和進一步的發展。

電路的集成化程度越來越高，電子器件在尺寸上已經達到了納米的尺度要求，但微電子的發展技術還需要解決很多關鍵性的問題。例如，利用外延或光刻等技術可以把硅基電子器件縮小到納米的尺寸，但要制造出性能穩定的半導體異質結很困難。而納米分子晶體管和分子導線制備容易，但對這些納米電子器件進行合理組裝進行可以運轉的邏輯結構的排列卻很棘手，目前此項研究雖有一定的進展，但仍然停留在實驗階段，沒有進行實際的應用。

納米計算機可以把大量的信息進行有效的存儲，集成度甚高，空間所需甚少，運算速度甚快，但這些高質量的納米電子器件彼此之間、和外部環境之間都需要諸多高質量的隔熱的導線和特殊的結構來進行連接和協調。

3 結語

總而言之，納米技術的發展是微電子領域的一大進步，納米器件具有很多傳統的電子器件所不能比擬的性能，其應用前景十分廣闊，但納米電子學依然會面臨諸如實踐跟不上理論發展的腳步問題，還需要科研人員繼續努力讓納米技術和納米電子器件發揮更大的作用。

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1004-7344（2016）36-0271-01

2016-12-8