纳米电子器件的研究进展

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纳米电子器件与技术

作者：欧方明

来源：《中国科技博览》2016年第02期

[摘 要]纳米电子技术是指在纳米尺寸级别内构建纳米和电子器件，进而完成量子计算机和量子通信系统之间的信息计算及传导与处理的相关技术。纳米电子技术正处于高速发展时期，其最终目标是为了利用最前沿的物理理论和工艺手段，打破原有的大小尺寸及技术极限，依照全新的设计理念制造纳米电子器件，构建电子系统，使得该系统的信息存储和处理能力走上新的台阶，实现革命性的突破。

[关键词]纳米电子器件；纳米电子技术；纳米电子器件分类；纳米电子设备加工技术

中图分类号：TN405 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0074-01

引言

根据摩尔定律，当价格恒定时，集成电路上的元器件数目，每经过18到24个月便会增加一倍，性能也会提升一倍。但是在未来的几十年内，在继续提高计算器的运算能力和存储能力等方面将面临严峻的挑战，这其中既有技术性的工艺限制，也有原理性的理论限制。主要有：（1）当电子器件的大小尺寸处于微米级别时，电子主要表现为粒子性，而当大小尺寸为纳米级别时，电子主要表现的却是波动性，此时的电子器件将在完全不同的原理下工作；（2）当器件尺寸减小到纳米级别时，该系统产生的热起伏将会限制电子器件的性能，致使其无法正常运行。

纳米电子技术和电子器件的出现及发展有望打破这种困局，同时也为微电子技术的发展提供了新的思路和转机。本文将阐述纳米电子技术和纳米电子器件的分类及指出在纳米电子领域中所面临的和亟待解决的问题。

1 纳米电子技术与纳米电子器件

纳米电子技术是指在纳米尺寸级别内构建纳米和电子器件，进而完成量子计算机和量子通信系统之间的信息计算及传导与处理的相关技术，纳米电子技术发展的核心是纳米电子器件。纳米电子技术正处于高速发展时期，其最终目标是为了利用最前沿的物理理论和工艺手段，打破原有的大小尺寸及技术极限，依照全新的设计理念制造纳米电子器件，构建电子系统，使得该系统的信息存储和处理能力走上新的台阶，实现革命性的突破。

纳米材料与纳米技术研究进展

近年来，随着科学技术的不断进步，纳米材料与纳米技术已成为热门话题，各国科学家也在纳米技术研究方面投入了大量的精力。本文将介绍一些目前纳米材料与纳米技术研究的进展。

一、纳米材料研究进展

1.金属纳米粒子

金属纳米粒子是目前应用最广泛的纳米材料之一。它的独特性质在医学、光电和材料科学等方面得到了广泛的应用。近年来，科学家们发现，通过控制金属纳米粒子的形状和尺寸，可以进一步改善其性质。例如，长轴为50纳米的椭球形金属纳米粒子比球形金属纳米粒子具有更好的光学特性。因此，在未来的应用中，控制纳米粒子形状和尺寸将成为一项重要的研究方向。

2.化学合成纳米材料

化学合成纳米材料是基于化学反应合成的新型材料。其制备方法简单，成本低廉。同时，科学家们也发现，通过控制反应条件，可以控制纳米材料的形状和尺寸。因此，化学合成纳米材料发展前景非常广阔。

3.碳基纳米材料

碳基纳米材料是一类以碳为主要成分的纳米材料。它的制备方法多样，包括碳纳米管、石墨烯和类石墨烯材料。在纳米材料领域，碳基纳米材料具有许多独特的性质，例如高强度、高导电性和高导热性。因此，碳基纳米材料的应用范围非常广泛，包括能源存储、生物医学和电子器件等领域。

二、纳米技术研究进展

1.纳米电子学

纳米电子学是以纳米技术为基础的电子学。在这个领域，科学家们研究如何使用纳米器件来替代传统电子器件，从而提高计算机的运行速度和存储容量。同时，纳米电子学还可以应用于生物传感器、纳米机械和量子计算等领域。

2.纳米材料在能源存储中的应用

随着可再生能源的发展，能源存储技术已变得越来越重要。纳米材料在能量存储和转换中起着重要作用。例如，纳米结构的锂离子电池具有更高的能量密度和更长的寿命，因此成为了研究热点之一。同时，科学家们也在探索使用纳米结构的太阳能电池、燃料电池和超级电容器等能源存储装置。

3.纳米药物学

纳米药物学是利用纳米技术制备药物纳米粒子，从而提高药物在体内的分布和靶向性。这种新型药物纳米粒子可以帮助药物在体内更快速、稳定地分布，从而更有效地治疗疾病。同时，纳米药物学也具有很好的生物相容性和良好的安全性，可以减少药物对人体的副作用。

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纳米电子技术的发展现状与未来展望

作者：余巧书

来源：《电子世界》2012年第12期

【摘要】纳米电子技术主要针对物质在纳米尺度内（0.1-100nm）的电子运动规律和特性，根据这些规律和特性生成有益于人类的纳米电子产品和材料。纳米电子技术的研究是一个国家科学技术水平的展现，本文将从纳米电子技术的发展现状出发，展望纳米电子技术的未来。

【关键词】纳米电子技术；发展现状；未来展望

进入21世纪以来，相关专家意识到纳米技术将作为领先科技的前沿，对纳米技术进行深入的研究，纳米电子技术可能为新技术的开发和应用带来革命性的突破。纳米技术的应用范围广，可能深入到每个领域，每个行业，也可能成为人类生活中必不可少的必需品。目前，人类对纳米电子技术的研究还不够深入，应用也不够广泛，但是纳米电子技术已向人们展示出了强大的魅力和应用潜力。目前已经研究出的纳米电子技术产品包括纳米电子元件和纳米电子材料，这些产品不仅功能奇异，而且性能优良。

一、纳米电子技术的发展现状

（一）纳米电子材料的应用

目前大多数纳米材料包括：纳米硅薄膜、纳米硅材料以及纳米半导体材料。其中，纳米硅材料最具有技术优势，非常符合新世纪人类对电子技术的发展需求。硅电子材料的技术相较于其他材料的优势在于：

1.能耗低、准确可靠、运行时间较短、不易受外界的环境影响。

2.得益于科技的保证和不断地开发研究应用，使得其成本价钱有所降低。

3.由于其短距离的分子间距，使得硅电子材料在运行过程中，反应速度很快，这就从另一方面降低了材料能耗，提高工作效率。

从上述的优势不难看出，纳米硅电子材料的问世是材料的一个新突破，它的领先技术使得其相较于同等材料具有绝对的优势。相信随着纳米材料的不断研究，纳米材料在生活中的应用普及之后，会给人类带来意想不到的方便。

纳米技术在半导体领域中的应用

半导体技术是现代信息技术的核心，它促进着整个社会的数字化发展。随着人们对现代化科技的不断追求，对微小器件的需求也变得越来越迫切。因此，近年来纳米技术的发展让半导体产业获得了前所未有的机遇，纳米技术的广泛应用已让半导体行业焕发出新生的活力。

首先，纳米技术有助于半导体材料的精度控制。纳米科技原本是指100纳米以下的规模范围，然而随着科学技术的发展，现在所说的纳米科技已经可以逐渐达到更为精确的度量。半导体材料的精度控制是半导体行业中非常关键的问题，因为只有材料具备了足够高的精度才能使得微小器件的差错得到保证，也能让电路制造的成本思想更加好的控制。纳米技术在这方面为半导体材料的制造提供了更为精密的工具。

其次，纳米技术有利于半导体器件的高可靠性制造。高可靠性制造是半导体行业中非常重要的工作，只有保证了器件能够在一定规格内始终保持良好的工作状态，才能够在数字化社会的需求下始终满足人们生活与交流的需要。所以，半导体器件需要经过多道工序来保证其品质，这样才能确保器件和电子产品的可靠性。若是只靠传统的半导体制造技术则不易达到这个目标。但纳米技术不仅可以对器件进行精密加工，还能够在材料制造领域中不断更新，从而进一步提高半导体器件的可靠性，帮助人们更好地实现数字化交流。

此外，纳米技术还有助于半导体器件的性能提升。半导体行业一直在探索如何提高半导体器件的速度，这样才能得以更好地满足日益高涨的社会需求。然而，传统的制造工艺难以达到这个目标，由于物体的运动速度越来越快，在传统的工艺下制造的器件快到一定程度就可能发生一些意外的事情。利用纳米技术加工制造的器件拥有更快的速度与更小的多粒子相互作用力。因此，纳米技术在半导体器件的性能提升方面起到了重要的作用。

总之，纳米技术的发展极大地促进了半导体产业的技术进步。随着半导体产业的不断壮大，人们的生活及社会的发展在许多方面也得到了显著的改善。纳米技术在半导体领域中的应用前途广阔，伴随着其不断创新和应用，相信必将为人们带来更加美好的未来。