納米電子器件的應(yīng)用分析

劉思洋

（湖南省湘潭市第一中學(xué) 411100）

納米電子器件的應(yīng)用分析

劉思洋

（湖南省湘潭市第一中學(xué) 411100）

納米電子器件的誕生為微電子技術(shù)的發(fā)展提供了新的契機(jī)，本文主要針對(duì)納米電子器件的特點(diǎn)、類型進(jìn)行分析，并探討納米電子器件在幾個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，分析納米電子器件應(yīng)用中存在的各類問題。

納米電子器件；應(yīng)用；分析

納米技術(shù)是在納米尺度內(nèi)研究材料的性質(zhì)和應(yīng)用的技術(shù)。它可以把單原子、分子制造成具有特定功能的產(chǎn)品。它綜合了物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)等不同學(xué)科領(lǐng)域的內(nèi)容，是一門交叉性很強(qiáng)的綜合的的高科技技術(shù)。這些學(xué)科領(lǐng)域和納米技術(shù)的結(jié)合又形成了獨(dú)立的納米王國(guó)，涵蓋了納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)等基礎(chǔ)研究與應(yīng)用相融合的技術(shù)體系。納米電子器件就是利用納米技術(shù)這一高科技加工和制造技術(shù)設(shè)計(jì)和制造納米尺度范圍內(nèi)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(yuǎn)超傳統(tǒng)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(chǔ)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(xué)光刻、電子束光刻以及離子束光刻等技術(shù)。人們也可以用外延技術(shù)和細(xì)微加工技術(shù)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(jí)的CMOS器件、量子效應(yīng)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(chǔ)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(yīng)器件。單電子開關(guān)、單分子開關(guān)屬于單原子和單分子納米電子器件，而單電子量子存儲(chǔ)器也是納米電子器件中納米存儲(chǔ)器的一種。

2 納米電子器件的應(yīng)用

納米技術(shù)在材料學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和航空航天領(lǐng)域等都有廣泛應(yīng)用。納米材料的吸附性、耐熱、耐高溫性能都非常優(yōu)異，而納米器件的研制和開發(fā)也在不斷地進(jìn)步和發(fā)展，納米電子器件的性能也非常優(yōu)異。

納米器件在航空航天的領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。納米器件的高集成、低能耗和高強(qiáng)度等優(yōu)良性能可以使得有效負(fù)載增加而能耗大幅降低。納米器件的工作速度遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件，可以應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，納米電子器件在武器上的應(yīng)用，可以增加武器的機(jī)動(dòng)性和隱蔽性，具有不可思議的戰(zhàn)斗力和生命力。納米傳感器可以靈敏地檢測(cè)溫度、濕度和大氣成分的變化，在尾氣排放的監(jiān)測(cè)和大氣環(huán)境的治理方面應(yīng)用廣泛。

運(yùn)用納米技術(shù)和納米電子器件制造的量子計(jì)算機(jī)具有運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)能力高和能耗低等優(yōu)點(diǎn)，可以完成傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不可能完成的運(yùn)算任務(wù)。而DNA生物計(jì)算機(jī)的研制則是納米技術(shù)和納米材料以及納米電子器件發(fā)展的巨大進(jìn)步。生物芯片的記憶和儲(chǔ)存功能使得運(yùn)算可以通過生化反應(yīng)來進(jìn)行，大大提高了運(yùn)算的速度。

碳納米管可以用來制作性能優(yōu)良的碳納米管針尖，應(yīng)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(jī)械柔軟性等良好的特性。碳納米針管針尖具有很好的機(jī)械柔軟性，被撞擊到也不會(huì)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(duì)針尖作用于樣品表面的力度進(jìn)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(tái)階邊緣時(shí)，可以做到掃描時(shí)深達(dá)縫隙的底部，從而能更準(zhǔn)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(fā)展的瓶頸，在很多方面需要得到改進(jìn)和進(jìn)一步的發(fā)展。

電路的集成化程度越來越高，電子器件在尺寸上已經(jīng)達(dá)到了納米的尺度要求，但微電子的發(fā)展技術(shù)還需要解決很多關(guān)鍵性的問題。例如，利用外延或光刻等技術(shù)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(wěn)定的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)很困難。而納米分子晶體管和分子導(dǎo)線制備容易，但對(duì)這些納米電子器件進(jìn)行合理組裝進(jìn)行可以運(yùn)轉(zhuǎn)的邏輯結(jié)構(gòu)的排列卻很棘手，目前此項(xiàng)研究雖有一定的進(jìn)展，但仍然停留在實(shí)驗(yàn)階段，沒有進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用。

納米計(jì)算機(jī)可以把大量的信息進(jìn)行有效的存儲(chǔ)，集成度甚高，空間所需甚少，運(yùn)算速度甚快，但這些高質(zhì)量的納米電子器件彼此之間、和外部環(huán)境之間都需要諸多高質(zhì)量的隔熱的導(dǎo)線和特殊的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行連接和協(xié)調(diào)。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，納米技術(shù)的發(fā)展是微電子領(lǐng)域的一大進(jìn)步，納米器件具有很多傳統(tǒng)的電子器件所不能比擬的性能，其應(yīng)用前景十分廣闊，但納米電子學(xué)依然會(huì)面臨諸如實(shí)踐跟不上理論發(fā)展的腳步問題，還需要科研人員繼續(xù)努力讓納米技術(shù)和納米電子器件發(fā)揮更大的作用。

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2016-12-8