新型納米加工技術(shù)的研究進(jìn)展

摘 要：隨著納米技術(shù)的發(fā)展和電子器件小型化的需求，納米加工方法越來(lái)越多地引起人們的關(guān)注，納米技術(shù)的核心是納米加工技術(shù)。新型納米加工技術(shù)突破傳統(tǒng)光刻限制和有機(jī)高分子結(jié)構(gòu)的限制，屬于多項(xiàng)納米操縱加工技術(shù)的系統(tǒng)工程研究，主要特色為瞄準(zhǔn)學(xué)科前沿的創(chuàng)新性應(yīng)用基礎(chǔ)研究，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性、前瞻性和原創(chuàng)性，具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：無(wú)機(jī)納米材料；納米加工技術(shù)；研究

隨著納米技術(shù)的發(fā)展和電子器件小型化的需求，納米加工方法越來(lái)越多地引起人們的關(guān)注，納米技術(shù)的核心是納米加工技術(shù)。納米加工技術(shù)作為引起一場(chǎng)新的產(chǎn)業(yè)革命的科學(xué)技術(shù)，備受世人矚目。隨著科技的發(fā)展，對(duì)電子器件小型化的要求越來(lái)越強(qiáng)烈，各種器件逐漸由微米向納米尺度發(fā)展。特別是對(duì)納米器件、光學(xué)器件、高靈敏度傳感器、高密度存儲(chǔ)器件以及生物芯片制造等方面的納米化要求越來(lái)越強(qiáng)烈，如何縮小圖形尺寸、提高器件的納米化程度已經(jīng)成為各國(guó)科學(xué)家們?cè)絹?lái)越關(guān)心的問(wèn)題。然而由于傳統(tǒng)刻蝕技術(shù)的限制使得器件納米化的發(fā)展成為當(dāng)今電子器件小型化發(fā)展的重要制約因素之一。因此，新型納米加工技術(shù)突破傳統(tǒng)光刻限制和有機(jī)高分子結(jié)構(gòu)的限制，屬于多項(xiàng)納米操縱加工技術(shù)的系統(tǒng)工程研究，主要特色為瞄準(zhǔn)學(xué)科前沿的創(chuàng)新性應(yīng)用基礎(chǔ)研究，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性、前瞻性和原創(chuàng)性，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，為了克服原有光刻技術(shù)對(duì)圖形線寬的限制，人們已探索了許多先進(jìn)的納米刻蝕加工方法。ATT BeII實(shí)驗(yàn)室的R·S·Becker等人利用掃描探針顯微技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在Ge表面原子級(jí)的加工。H·D·Day和D·R·Allee成功地實(shí)現(xiàn)了硅表面的納米結(jié)構(gòu)制備，從而在納米加工領(lǐng)域開(kāi)辟了新的天地。近年來(lái)，Mirkin研究組和其它幾個(gè)研究集體利用掃描探針技術(shù)成功地制造了有機(jī)分子納米圖形與陣列、無(wú)機(jī)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(zhì)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(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步發(fā)展了納米刻蝕加工技術(shù)，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(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜的納米圖形化，但其設(shè)備昂貴， 投資成本較大、應(yīng)用步驟復(fù)雜，更主要的在于生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品價(jià)格高昂，因而難以在要求低成本、高產(chǎn)出的商業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，特別是在圖形要求相對(duì)簡(jiǎn)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(chǔ)器件、生物芯片、量子器件等方面）的應(yīng)用受到了很大的制約。因此，如何發(fā)展簡(jiǎn)單、便宜、適用于大規(guī)模生產(chǎn)的表面圖案化技術(shù)已成為一個(gè)涉及眾多學(xué)科領(lǐng)域的新課題。

當(dāng)前，美、日兩國(guó)在納米光刻領(lǐng)域的研究處于世界領(lǐng)先地位。為了應(yīng)對(duì)納米技術(shù)的挑戰(zhàn)，歐洲最近幾年開(kāi)展國(guó)家間的大型合作項(xiàng)目技術(shù)，納米光刻技術(shù)得到了深入研究和廣泛發(fā)展。近年來(lái)我國(guó)對(duì)納米加工方面的研究也進(jìn)行了大力的扶持，很多科研單位將納米加工技術(shù)列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，并引進(jìn)了具有0.13和0.09微米生產(chǎn)技術(shù)能力的大型芯片企業(yè)，為提高我國(guó)的納米加工技術(shù)和芯片制造水平，發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)，搶占21世紀(jì)納米科學(xué)技術(shù)的制高點(diǎn)具有不可低估的作用。

2 新型納米加工技術(shù)

納米加工技術(shù)是為了適應(yīng)微電子及納米電子技術(shù)、微機(jī)械電子系統(tǒng)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)加工技術(shù)。目前，探索新的納米加工方法和手段已成為納米技術(shù)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。隨著納米加工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已出現(xiàn)了多種納米加工技術(shù)，新型納米加工技術(shù)利用無(wú)機(jī)納米材料及無(wú)機(jī)-有機(jī)納米復(fù)合圖形材料制備納米圖形化掩模，結(jié)合納米刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)小于30納米的圖形結(jié)構(gòu)制備。隨著納米結(jié)構(gòu)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(yīng)的影響，納米器件被賦予了許多新的特性：計(jì)算速度更快、存儲(chǔ)密度更高、能耗大大減少等。納米技術(shù)的發(fā)展也會(huì)對(duì)生命技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生重大的影響，對(duì)環(huán)境、能源等很多方面都會(huì)產(chǎn)生重大影響，具有重大而深遠(yuǎn)的意義。

3 新型納米加工技術(shù)的應(yīng)用

和有機(jī)材料相比，無(wú)機(jī)納米材料具有尺寸均勻可控，性質(zhì)穩(wěn)定、種類多樣、易于制備等特點(diǎn)，其粒度尺寸可小于10納米，甚至可以達(dá)到1納米。同時(shí)，利用自組裝排布技術(shù)也可以獲得無(wú)機(jī)納米材料的多種納米圖形結(jié)構(gòu)。顯然，利用無(wú)機(jī)納米材料做掩模有望進(jìn)一步克服有機(jī)高分子結(jié)構(gòu)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(shí)，利用有機(jī)分子的多樣性通過(guò)功能基團(tuán)與無(wú)機(jī)納米材料結(jié)合起來(lái)，這樣既保留了原來(lái)有機(jī)分子及無(wú)機(jī)分子的本質(zhì)特征，又可能通過(guò)這些結(jié)合所帶來(lái)的變化導(dǎo)致新的納米圖形產(chǎn)生，使納米刻蝕技術(shù)向更小的粒度和線寬發(fā)展，為提高納米傳感器靈敏度，提高高密度存儲(chǔ)器件的記錄密度等納米器件的性能提供新的契機(jī)。但從目前來(lái)看，大部分研究主要集中在有機(jī)圖形材料的研究方面，對(duì)無(wú)機(jī)材料，特別是無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合圖形材料的研究還鮮有報(bào)導(dǎo)。采用無(wú)機(jī)納米材料及無(wú)機(jī)-有機(jī)納米復(fù)合圖形材料結(jié)合自組裝排布技術(shù)以及納米刻蝕加工技術(shù)，有望打破有機(jī)圖形化材料的限制，獲得更為豐富的圖形結(jié)構(gòu)。因此，利用無(wú)機(jī)納米材料及無(wú)機(jī)-有機(jī)納米復(fù)合圖形材料在基底表面實(shí)現(xiàn)納米圖形化模板的制備，并結(jié)合納米刻蝕技術(shù)對(duì)圖形進(jìn)行轉(zhuǎn)移，不僅可用于納米材料制作、納米器件加工、納米長(zhǎng)度測(cè)量、納米物質(zhì)的物理特性研究等方面，還可用于對(duì)DNA鏈和病毒進(jìn)行處理等，具有重要的應(yīng)用前景。

4 新型納米加工技術(shù)前景展望

新型納米加工技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，如生物、醫(yī)藥、機(jī)械、電子等領(lǐng)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(diǎn)、量子線材料、光子帶寬材料），納米長(zhǎng)度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)（可置于顯微鏡中），光學(xué)光柵制作，新型傳感器，納米電子技術(shù)，能源領(lǐng)域以及納米機(jī)器人等方面。在納米刻蝕技術(shù)完善后，可以制作納米級(jí)硬件，今后可廣泛應(yīng)用于信息科學(xué)和生命科學(xué)中。與傳統(tǒng)的刻蝕技術(shù)相比，以納米材料為基礎(chǔ)的納米刻蝕加工技術(shù)由于利用納米材料的圖形化特性并結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)，實(shí)現(xiàn)納米圖形的刻蝕，因此所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，克服了傳統(tǒng)光刻技術(shù)對(duì)尺寸的限制和電子束光刻等在設(shè)備和生產(chǎn)速度上的限制，因而成為人們近來(lái)廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)，為從宏觀到微觀納米圖形制作開(kāi)辟了新途徑。對(duì)改善太陽(yáng)能電池表面陷光特性，提高光電轉(zhuǎn)換效率，以及對(duì)微芯片、納米傳感器、量子器件、高密度存儲(chǔ)等高新技術(shù)產(chǎn)品向更高密度、更高速度、更高分辨率和超微細(xì)化發(fā)展，促進(jìn)國(guó)防科技水平和信息科學(xué)的進(jìn)步，以及醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)的進(jìn)步，都具有重大而深遠(yuǎn)的意義。目前，隨著納米加工技術(shù)逐漸產(chǎn)業(yè)化和日趨成熟，已經(jīng)得到市場(chǎng)廣泛認(rèn)可和接受，其產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化的前景是十分可觀的。

5 結(jié)束語(yǔ)

納米器件的設(shè)計(jì)與制造已成為世界上人們關(guān)注的熱點(diǎn)，成為二十一世紀(jì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的發(fā)展動(dòng)機(jī)。新型納米加工技術(shù)的發(fā)展方向是多種技術(shù)的綜合應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。因此開(kāi)展納米加工技術(shù)和方法的研究，不僅可以獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而且在未來(lái)的科技競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主動(dòng)。

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基金項(xiàng)目：黑河學(xué)院科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“新型納米加工技術(shù)的研究”（項(xiàng)目編號(hào)：KJY201208）