纳米电子器件的应用分析

2016-07-13刘思洋

大科技 2016年36期

关键词：电子器件光刻纳米技术

刘思洋

（湖南省湘潭市第一中学 411100）

纳米电子器件的应用分析

刘思洋

（湖南省湘潭市第一中学 411100）

纳米电子器件的诞生为微电子技术的发展提供了新的契机，本文主要针对纳米电子器件的特点、类型进行分析，并探讨纳米电子器件在几个领域中的应用，分析纳米电子器件应用中存在的各类问题。

纳米电子器件；应用；分析

纳米技术是在纳米尺度内研究材料的性质和应用的技术。它可以把单原子、分子制造成具有特定功能的产品。它综合了物理学、化学、材料学、生物学等不同学科领域的内容，是一门交叉性很强的综合的的高科技技术。这些学科领域和纳米技术的结合又形成了独立的纳米王国，涵盖了纳米物理学、纳米化学、纳米电子学等基础研究与应用相融合的技术体系。纳米电子器件就是利用纳米技术这一高科技加工和制造技术设计和制造纳米尺度范围内具有特定功能的电子器件。

1 纳米电子器件的性能与分类

纳米电子器件的性能远超传统的电子器件。它工作速度更快，耗能低，并且纳米器件的集成程度更高，所以信息存储量更大、体积更小，重量也更轻。

人们一般采用由下而上的制备方法来制造纳米电子器件。主要包括光学光刻、电子束光刻以及离子束光刻等技术。人们也可以用外延技术和细微加工技术加工和制造纳米尺度的功能器件。

纳米电子器件可以分为纳米级的CMOS器件、量子效应器件、单电子器件、单分子器件、纳米传感器以及纳米集成电路、储存器等不同的类型。例如本征硅沟道隧道型MOSFET属于纳米CMOS器件；谐振隧道热电子晶体管则属于量子效应器件。单电子开关、单分子开关属于单原子和单分子纳米电子器件，而单电子量子存储器也是纳米电子器件中纳米存储器的一种。

2 纳米电子器件的应用

纳米技术在材料学、生物医学和航空航天领域等都有广泛应用。纳米材料的吸附性、耐热、耐高温性能都非常优异，而纳米器件的研制和开发也在不断地进步和发展，纳米电子器件的性能也非常优异。

纳米器件在航空航天的领域广泛应用。纳米器件的高集成、低能耗和高强度等优良性能可以使得有效负载增加而能耗大幅降低。纳米器件的工作速度远大于传统的半导体器件，可以应用于军事领域，纳米电子器件在武器上的应用，可以增加武器的机动性和隐蔽性，具有不可思议的战斗力和生命力。纳米传感器可以灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化，在尾气排放的监测和大气环境的治理方面应用广泛。

运用纳米技术和纳米电子器件制造的量子计算机具有运算速度快、存储能力高和能耗低等优点，可以完成传统计算机不可能完成的运算任务。而DNA生物计算机的研制则是纳米技术和纳米材料以及纳米电子器件发展的巨大进步。生物芯片的记忆和储存功能使得运算可以通过生化反应来进行，大大提高了运算的速度。

碳纳米管可以用来制作性能优良的碳纳米管针尖，应用于扫描隧道显微镜和原子力显微镜。这种碳纳米管针尖被吸附在AFM的微悬臂针尖上，具有不易吸附性和很高的机械柔软性等良好的特性。碳纳米针管针尖具有很好的机械柔软性，被撞击到也不会造成针尖的损坏。它还具有良好的弹性弯曲变形的属性，可以被用来对针尖作用于样品表面的力度进行有效地限制，以免造成这些脆弱的样品的损坏。这种具有较高纵横比的针尖的使用使得样品表面具有较深的想、较狭窄的缝隙和台阶边缘时，可以做到扫描时深达缝隙的底部，从而能更准确地获取其形貌图像。

纳米器件虽然有很高的性能，但同样面临发展的瓶颈，在很多方面需要得到改进和进一步的发展。

电路的集成化程度越来越高，电子器件在尺寸上已经达到了纳米的尺度要求，但微电子的发展技术还需要解决很多关键性的问题。例如，利用外延或光刻等技术可以把硅基电子器件缩小到纳米的尺寸，但要制造出性能稳定的半导体异质结很困难。而纳米分子晶体管和分子导线制备容易，但对这些纳米电子器件进行合理组装进行可以运转的逻辑结构的排列却很棘手，目前此项研究虽有一定的进展，但仍然停留在实验阶段，没有进行实际的应用。

纳米计算机可以把大量的信息进行有效的存储，集成度甚高，空间所需甚少，运算速度甚快，但这些高质量的纳米电子器件彼此之间、和外部环境之间都需要诸多高质量的隔热的导线和特殊的结构来进行连接和协调。