探析纳米电子技术的关键技术其前景

纳米电子技术是纳米技术与电子技术相结合的产物,其发展将极大地推动微电子技术的发展.本文在介绍纳米电子技术的基础上,通过对纳米电子技术的应用现状及关键技术的阐述,论述了这一技术在现代科技领域中有着良好的发展前景.

随着科学技术的进一步发展,微电子在人们日常生活工作中的应用愈加广泛,微电子产品的核心便是芯片,而随着IC设计与半导体加工工艺技术水平的不断提高,电子元件的尺寸越来越小,集成电路的规模越来越大,其复杂程度也越来越高,对半导体芯片的尺寸、性能及稳定性等有了更高的要求,如何生产出尺寸更小、功耗更低、性能稳定性更好的半导体芯片成为微电子技术发展的瓶颈.与此同时,纳米技术的飞速发展及其在各个领域内的应用,为微电子技术的突破性发展提供了机遇和条件.

纳米电子技术

纳米（nanometer）是一个长度计量单位,一纳米等于10亿分之一米,纳米技术是指在纳米空间内,通过特定的技术设计,实现原子或分子在纳米例子表面的排列组成,从而制造出具有特定性能的材料或器件的一门高新技术.纳米微粒的独特结构能使其产生小尺寸、宏观量子隧道、量子尺寸等多种效应,其材料表现出光、电、热、反射、吸收及生物活性等许多特殊的功能,作为介质扩散气体的速度极快,颗粒与生物细胞的物化作用很强,能很容易进入细胞内,且在使用时用量小、附加值极高,能够赋予材料意想不到的高性能.近年来,随着纳米材料和纳米技术的发展,其在各个领域内都有了较为广泛的应用.而随着微电子技术的发展,电子元件的尺寸不断缩小,集成电路的集成程度要求也越来越高,为了生产出能够适应电子元件及集成电路发展要求的半导体芯片,有着诸多特殊功能的纳米技术开始被应用于电子领域,纳米电子技术由此而生.

纳米电子技术是纳米技术与电子技术相结合的产物,它是在微电子产业发展较为成熟的条件下产生的,从某种意义上来说,纳米电子学是微电子学继续向更微小的世界的延伸.

纳米电子技术是以纳米粒子的量子效应为理论基础建立并发展起来的,也即是当电子元件的尺寸小到纳米量级时,其加工技术、运行机理等都与微电子器件有了极大差异,采用纳米技术研制出来的分子器件,不仅能够克服半导体加工工艺中的存在的问题和困难,与基于硅集成电路上的器件相比,其在传感、灵敏度、集成度等多方面都有更好的性能.

纳米电子技术应用现状

纳米电子技术虽然兴起的较晚,但其发展极为迅速,经过近些年来的发展,已经取得了一定的成果,当前,这些成果集中体现在纳米电子材料和纳米电子元件的应用上,同时这一技术在现代医学中也有了较为广泛的应用.

1. 纳米电子材料

当前常见的纳米电子材料有纳米半导体陶瓷材料、纳米硅材料和纳米硅薄膜,其中基于纳米技术的硅电子材料一起能耗低、运行时间短、反应速度快及运行可靠稳定,受外界环境影响小的优点,较为完美地契合了现代社会对电子技术的发展需求,与同等材料相比有着绝对的技术优势,且随着科研技术的进一步发展,其成本也有所降低,在电子领域内的应用前景十分广阔.

2. 纳米电子元件

纳米电子元件是在集成元件和超大规模集成元件的发展基础上开发研制出来的,当前利用纳米电子学已经研制成功了包括单电子晶体管、纳米发光二极管及超微磁场探测器等在内的各种纳米器件.

3. 纳米电子技术在现代医学中的应用

电子学的发展离不开包括生物学在内的基础学科的贡献,而现代电子科技产品在基础学科中的应用,也推动了基础学科的发展.随着纳米技术的发展,纳米电子技术也被广泛地应用在医学领域中,彩色多普超声诊断仪、伽马刀、磁共振成像（MRI）等高科技医学产品的问世及应用,都极大地推动了现代医学的发展.而应用了纳米技术的电子学与生物医学的结合将会把人们对于微小生物体的研究带入到一个全新的阶段.

纳米电子技术发展前景

1. 碳纳米管

碳纳米管是由石墨碳原子层卷曲而成的,其自身的拓扑机构及极好的机械强度和导电性,使其在光学、机械性能和电子特性上都有着明显的优势,应用碳纳米管可以推动单电子器件和纳米量子器件的研究和开发应用,其本身也是当前世界科学领域内研究的重点.

2. 纳米硅薄膜

硅在当前的半导体器件中的应用十分广泛,目前世界上的半导体器件有95%以上都是由硅做成的,纳米硅薄膜的工艺程序与硅器件及集成电路是相容的,其发展将为量子功能的进一步研制提供基础,并推动纳米电子技术向更高层次的发展.

3. 纳米生物电子

将纳米技术、电子技术与生物芯片相融合,其研制出的最大成果是纳米机器人,这种基于纳米电子技术的机器人能够进入到人体的血管中,成为人体内的清洁器,清除体内对人体有害的物质,保证人体新陈代谢,为人体健康提供了更高的保障.

结 语

纳米电子技术在先进工程技术和现代物理学结合的基础上,基于纳米粒子的量子效应诞生并发展起来的,其研究将能从根本上推动微电子技术突破发展瓶颈,在现代科技设备不断追求体积缩小、运算更快的当前,这一技术被相关领域内的诸多专家视为是下一代科技实现突破性发展的关键技术,对其研究的水平也将成为一个国家技术水平的展现.

（作者单位：深圳市航通智能技术股份有限公司）