楊懿

摘要：隨著納米技術的發(fā)展，微電子技術突破了發(fā)展的瓶頸， 集成電路設計和制作方法了取得了非常好的成效?？梢哉f納米電子技術是一場新的電子技術革命，雖然納米技術發(fā)展的時間較短，但隨著各種獨特的納米電子產(chǎn)品的產(chǎn)生，掀起了人類認識上的新突破。納米電子技術研究是提升國家核心競爭力和搶占科技制高點的戰(zhàn)略選擇，是我國實現(xiàn)信息科學技術跨越發(fā)展的主要途徑。本文主要介紹納米電子技術的現(xiàn)狀和未來展望，旨在拋磚引玉，開啟納米電子技術的神秘大門。

關鍵詞：納米；電子技術；現(xiàn)狀；發(fā)展

進入第二十一世紀以來，專家們認識到，納米技術將作為科學技術的領先優(yōu)勢，為納米技術的深入研究，納米電子技術可能帶來革命性的突破，新技術的發(fā)展和應用。納米電子元件的速率非常高，可用于高度集成的器件，且能耗低，具有一定的節(jié)能效果，現(xiàn)已廣泛應用于信息技術領域，已成為信息技術產(chǎn)業(yè)的關鍵技術。目前，納米電子技術的研究還不夠深入，應用還不夠，但納米電子技術具有很強的應用潛力和較強的應用前景。目前，對納米電子技術產(chǎn)品的研究主要包括納米電子器件和納米電子材料，這些產(chǎn)品不僅功能齊全，而且性能良好。

1 納米電子技術產(chǎn)生的概述

1.1 納米技術產(chǎn)生的背景

1.1.1 微電子技術遇到挑戰(zhàn)

20世紀有很多重大的發(fā)明，電子器件是其中對我們生活和工作最具有深遠影響的發(fā)明之一。集成電路芯片的發(fā)展基木上遵循了摩爾定律，即每隔3年集成度增加4倍，特征尺寸縮小2倍微電子產(chǎn)業(yè)已沿著摩爾軌道運行了30余年。

21世紀微電子技術仍在快速發(fā)展，但是它遇到了嚴峻的挑戰(zhàn)。隨著電子元件尺寸的不斷縮小，集成電路的集成度也要求越來越高，在未來若干年如何制造出具有更低功率消耗、更低成木、更小尺寸及更穩(wěn)定更好性能的半導體芯片就成了擺在我們而前的當務之急。

1.1.2 納米電子技術的產(chǎn)生

為了能夠產(chǎn)生較低的功耗，降低到木材，更小的尺寸和更穩(wěn)定的半導體芯片的電子器件的性能更好的納米器件和納米電子技術應運而生。它解決了微電子技術的問題：納米電子器件不僅是微電子器件的尺寸進一步減小，更重要的是他們的工作將取決于器件的量子特性，所以他們也被稱為量子器件。它主要是通過對電子波相位的控制來實現(xiàn)一定的功能，因此，量子器件具有較高的響應速度和較低的功耗，將從根本上解決日益嚴重的功耗問題。

1.2 納米電子技術的定義

納米電子技術是一種新的科學技術，作為現(xiàn)代物理學和先進工程技術相結合的產(chǎn)物，是基礎研究和應用的產(chǎn)物，是納米技術和電子技術的產(chǎn)物，其最終目的是實現(xiàn)人類可以根據(jù)自己的意志來進行單原子操縱，納米電子產(chǎn)品包括納米電子器件和電子材料。

2 納米電子技術的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 納米電子材料的應用

目前大多數(shù)納米材料包括：納米硅薄膜、納米硅材料以及納米半導體材料。其中，納米硅材料最具有技術優(yōu)勢，非常符合新世紀人類對電子技術的發(fā)展需求。硅電子材料的技術相較于其他材料的優(yōu)勢在于：

1.能耗低、準確可靠、運行時間較短、不易受外界的環(huán)境影響。

2.得益于科技的保證和不斷地開發(fā)研究應用，使得其成本價錢有所降低。

3.由于其短距離的分子間距，使得硅電子材料在運行過程中，反應速度很快，這就從另一方面降低了材料能耗，提高工作效率。

2.2 納米電子元件的應用

納米電子元件問世之前，電子元件經(jīng)過了集成元件、超大規(guī)模集成元件兩個發(fā)展歷程，因此，納米電子元件是在“兩位前輩”的發(fā)展基礎上開發(fā)出來的。

隨著集成規(guī)模的不斷擴大，電子元件的尺寸卻要越做越小，要達到納米尺寸的范圍（0.1-100nm），例如剛剛面試的單電子晶體管，它的一個電子信號就代表了一位信息的數(shù)據(jù)，意思就是晶體管的尺寸要小到極致，從而顛覆了現(xiàn)代電子技術的高集成、高速度下，一定要高能耗的格局。

2.3 納米電子技術應用于現(xiàn)代科學

納米電子技術的發(fā)展有助于細微部位的研究，而這些細微之處通過普通顯微

鏡是無法做到的，納米電子技術的應用還能有助于納米傳感器的發(fā)明，通過納米傳感器可以觀察到生化反應的各種不同的化學信息以及電化學信息。

納米電子學作為新技術交叉口的生物醫(yī)學和電子技術，具有極大的開發(fā)利用價值，其研究潛力是無限的。結合生物醫(yī)學電子作為生物醫(yī)學和電子的兩大主題，在生物醫(yī)學電子設備的集成和小型化方向的研究有很大的發(fā)展空間，本研究主要是基于微電子器件的發(fā)展，當器件的規(guī)模發(fā)展到原子或分子水平的大小，人們對于微小生物的研究將進入一個前所未有的新階段。

3 納米電子技術的未來展望

3.1 新型電子元器件

電子元器件技術將會在未來10至20年飛速發(fā)展，而市場對新型的電子元器件在不斷提出要求，電子元器件技術將需要不斷適應市場的要求，走向實用性。單電子器件、共振隧穿電子器件、納米場效應晶體管、納米尺度MOS器件、分子電子器件、自旋量子器件、單原子開關等新型信息器件的研究將不斷取得突破，促使納米電子技術向著延續(xù)、擴展摩爾定律和超越CMOS的方向發(fā)展，大規(guī)模納米集成電路將初步實現(xiàn)，對數(shù)據(jù)存儲和計算機發(fā)展等產(chǎn)生重大影響。

3.2 石墨烯

石墨烯是質地堅硬且非常薄的一種納米材料，它在常溫下傳遞電子的速度，比一般導體都快。正是由于它具有這樣的特點，對石墨烯的研究與開發(fā)更具意義。大家都知道，電子和原子碰撞會產(chǎn)生能量，這就是一般的導體釋放能量的方式。但同時我們可以看到，這樣釋放能量的方式也是能量的浪費?？墒┎煌谝话愕膶w，它具有異常的特性，使得能量不會在碰撞中耗損。據(jù)專家預計，2020年左右將研制成功性能優(yōu)異的石墨烯材料和晶體管，并解決其互連和集成等技術問題；2030年左右可研制成功石墨烯系統(tǒng)芯片，并形成規(guī)?；a(chǎn)。這將使碳基COMS取代長期占據(jù)集成電路主導地位的硅基CMOS，引發(fā)集成電路領域發(fā)生革命性的變化。

3.3 碳納米管

碳納米管是一種一維的納米材料，整體重量輕和完美的六邊形構成是它的特點，由于它具有這樣的特點也導致了它異于一般導體優(yōu)勢：良好的力學性能（金剛石的強度卻又有極大的柔韌度）；良好的導電性能；良好的傳熱性能；良好的光學性能和儲氫性能。碳納米管在納米電子方面有著非常重要的用途，是場效應晶體管和單電子器件的一種具有發(fā)展前途的重要材料，以實現(xiàn)集成電路高速且耗能低的目標。

3.4 憶阻器

憶阻器顧名思義就是記憶電阻器，是繼電阻器、電容器、電感元件之后的第四種電子元件。憶阻器是一種基于模擬信號的非線性動態(tài)納米元件，可以構成交叉開關，且其材料可以與CMOS工藝兼容。憶阻器體積小、功率低、不受輻射影響，特別是用憶阻器實現(xiàn)的器件可兼有運算和存儲功能，被認為是替代硅芯片、延續(xù)摩爾定律的有力競爭者。

4 總結

納米電子技術取得了飛速的發(fā)展，其影響力是深遠的，所以在這個特殊的階段，我們需要抓住這個好機會，集中優(yōu)勢力量，加強基礎研究和應用研究，在納米電子學、前沿捕捉納米電子技術，我國的信息技術得到了更新和升級，加快了發(fā)展步伐。

面對上述的發(fā)展現(xiàn)狀和未來前景，我們可以看到，它是一種具有巨大潛力、應用廣泛、產(chǎn)品性能優(yōu)良、符合人類未來需求的科學技術。如果它能應用于其他科學技術領域，將促進我國新一代信息技術的飛速發(fā)展。

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