非硅纳米元件的希望——有机超分子和碳纳米管
（华强电子世界网讯） 未来5～10年间，使用被称为“自上而下”的超微细加工技术的现有硅电子元件的高集成趋势将达到极限。正是基于这一共识，元件相关企业正围绕新一代技术的研发展开了激烈竞争。其中最引人关注的是非硅纳米元件的研发，这种元件使用的制造方法被称作“自下而上”，即首先使纳米级有机超分子和碳纳米管具有元件功能、然后再将其组织起来。尽管这些研究目前基本上仍处于基础阶段，但研发速度却不断迅速提高。
使单个有机分子具有二极管和晶体管等元件功能，然后利用化学反应将这些分子组织起来，就可以制造出LSI（大规模集成电路）之类的半导体元件。不少企业都对此寄予厚望。因为使用这一工艺可将集成度提高到原来的100倍以上，而且还可以大幅降低制造及使用时的能耗。各大学等学术机构已纷纷展开了以具体应用为目标的的基础研究。比如，美国加利弗尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）的弗雷泽·斯托达特（J. Fraser Stoddart）等人的研究小组开发出了利用铝布线来分隔有机分子轮烷（将一个环状分子套在一个线形分子上，并在线形分子的两端各封添加一个阻挡基因而形成的稳定的内锁型超分子体系）的结构（1）。该小组在报告中称，已经进行了晶体管、64位RAM和逻辑电路等的运行测试。
对纳米科技的象征性材料——碳纳米管的元件功能的研究也非常活跃。此次，就有关于环状碳纳米管的整流效果，以及利用电子辐射（Electron Irradiation）将碳纳米管接合成X、T、Y形，制作成元件的技术的报告。在环状碳纳米管方面，富士施乐等企业甚至已经开始进行具体的应用研究。而IBM公司也已经利用碳纳米管试制出了FET（场效应晶体管），而且其性能已经超过了硅类MOSFET（金属氧化膜半导体FET）（参见本站报道）。
在使用碳纳米管的实际研究方面，以场发射显示器（FED）为目标的研究也值得关注。有报告称在多层碳纳米管（MWCNT）表面镀上一层氧化镁膜后，可将二次电子发射（Secondary Emission）的收获率提高到22000。在有的研究中，还利用等离子体化学气相沉积（PCVD）法将MWCNT垂直排列于硅晶片上，来研究其电子发射性能。
目前日本这方面的研究也非常活跃，如富士通已开发完成利用PCVD法、在底板上自动生成碳纳米管布线的制备方法的基础技术等等。另外，在美国伦斯勒工业大学的P.M. Ajayan教授与G. Ramanath等人的研究小组所试制出的轰动业界的“微型雏菊”中也使用了CVD技术。此次，有的研究小组发表了同样利用CVD法在底板上制作条纹状和晶格状碳纳米管布线图案的实用技术。
此外，IBM的Almaden研究中心的格雷·麦克莱伦（Gray M. McClelland）的研究小组已开发成功了可以制作记录密度超过100Gbit/cm2（约645Gbit/in2）的磁记录介质的新方法，该报告也同样值得关注。这种新的生产方法属于“平版蚀刻技术”的一种，平版蚀刻技术使用上个月的论文中已经介绍过的纳米级“刻印”法。首先，以利用电子束蚀刻技术在氧化硅底板表面上制作的布线图案为原型，将其刻印到光敏聚合物上，并进行硬化处理，然后利用金-钯合金，在其表面上镀膜，即可制作出铸模。然后将这个铸模压到利用光敏聚合物进行表面镀膜的氧化硅底板上，来刻印图案。接着，进行蚀刻就可以制作出图案与原型一样的氧化硅底板（复制品）。最后，通过气镀多层钴-铂膜，就可在直径55nm的突起部分形成磁性层。
由此来看，即便是新的“自下而上”的技术，目前基本上都要配合使用以前的半导体元件中所使用的材料及加工技术。目前，纳米元件的研究开发必须在“物尽所用”的原则下进行，也就是说，在纳米级的关键元件和布线中，既要使用新型材料和“自下而上”的新技术，同时还要与以前的硅系材料和“自顶而下”的超微细加工技术相结合。
使单个有机分子具有二极管和晶体管等元件功能，然后利用化学反应将这些分子组织起来，就可以制造出LSI（大规模集成电路）之类的半导体元件。不少企业都对此寄予厚望。因为使用这一工艺可将集成度提高到原来的100倍以上，而且还可以大幅降低制造及使用时的能耗。各大学等学术机构已纷纷展开了以具体应用为目标的的基础研究。比如，美国加利弗尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）的弗雷泽·斯托达特（J. Fraser Stoddart）等人的研究小组开发出了利用铝布线来分隔有机分子轮烷（将一个环状分子套在一个线形分子上，并在线形分子的两端各封添加一个阻挡基因而形成的稳定的内锁型超分子体系）的结构（1）。该小组在报告中称，已经进行了晶体管、64位RAM和逻辑电路等的运行测试。
对纳米科技的象征性材料——碳纳米管的元件功能的研究也非常活跃。此次，就有关于环状碳纳米管的整流效果，以及利用电子辐射（Electron Irradiation）将碳纳米管接合成X、T、Y形，制作成元件的技术的报告。在环状碳纳米管方面，富士施乐等企业甚至已经开始进行具体的应用研究。而IBM公司也已经利用碳纳米管试制出了FET（场效应晶体管），而且其性能已经超过了硅类MOSFET（金属氧化膜半导体FET）（参见本站报道）。
在使用碳纳米管的实际研究方面，以场发射显示器（FED）为目标的研究也值得关注。有报告称在多层碳纳米管（MWCNT）表面镀上一层氧化镁膜后，可将二次电子发射（Secondary Emission）的收获率提高到22000。在有的研究中，还利用等离子体化学气相沉积（PCVD）法将MWCNT垂直排列于硅晶片上，来研究其电子发射性能。
目前日本这方面的研究也非常活跃，如富士通已开发完成利用PCVD法、在底板上自动生成碳纳米管布线的制备方法的基础技术等等。另外，在美国伦斯勒工业大学的P.M. Ajayan教授与G. Ramanath等人的研究小组所试制出的轰动业界的“微型雏菊”中也使用了CVD技术。此次，有的研究小组发表了同样利用CVD法在底板上制作条纹状和晶格状碳纳米管布线图案的实用技术。
此外，IBM的Almaden研究中心的格雷·麦克莱伦（Gray M. McClelland）的研究小组已开发成功了可以制作记录密度超过100Gbit/cm2（约645Gbit/in2）的磁记录介质的新方法，该报告也同样值得关注。这种新的生产方法属于“平版蚀刻技术”的一种，平版蚀刻技术使用上个月的论文中已经介绍过的纳米级“刻印”法。首先，以利用电子束蚀刻技术在氧化硅底板表面上制作的布线图案为原型，将其刻印到光敏聚合物上，并进行硬化处理，然后利用金-钯合金，在其表面上镀膜，即可制作出铸模。然后将这个铸模压到利用光敏聚合物进行表面镀膜的氧化硅底板上，来刻印图案。接着，进行蚀刻就可以制作出图案与原型一样的氧化硅底板（复制品）。最后，通过气镀多层钴-铂膜，就可在直径55nm的突起部分形成磁性层。
由此来看，即便是新的“自下而上”的技术，目前基本上都要配合使用以前的半导体元件中所使用的材料及加工技术。目前，纳米元件的研究开发必须在“物尽所用”的原则下进行，也就是说，在纳米级的关键元件和布线中，既要使用新型材料和“自下而上”的新技术，同时还要与以前的硅系材料和“自顶而下”的超微细加工技术相结合。
（编辑 止戈）