纳米电子技术分析及发展分析

韩 熙

（重庆数字城市科技有限公司，400020）

0 前言

纳米技术即Nanoteeholoy，该技术的目的为操纵极小空间尺度（0.1～100.0nm）内的原子和分子，并加工材料，制造出来的产品具有部分特殊的功能；又或者是研究某些物质，使这些物质的原子和分子的运动特性得以充分的认识与掌握，并以此推进某些技术的研究与发展。纳米电子技术可以说是由微米电子技术发展而来，其核心为纳米电子学。在21世纪，纳米技术的提出有着十分重要的意义，属于科技研究的重点，其渗入到了人类社会活动的各个领域，对于人类的发展有着十分深远的影响。

1 纳米电子技术概述

1.1 纳米电子学的定义

纳米电子学的发展方向为更加微小的世界与空间，对纳米空间中的电子、原子以及分子进行研究，找出其运动特点，并将其应用于，实际在某种中程度上来讲就是微电子学的一种延伸。纳米电子学的研究对于集成电路的发展有着十分重要的作用，能够突破以往物理与工艺的瓶颈，优化集成电路的设计与制作，向更多新形式发展与进步。由此可见，纳米电子学的研究与发展对于纳米电子技术的发展有着十分重要的意义。

1.2 纳米电子技术的定义

纳米电子技术属于一种新型科学技术，通过结合现代物理与先进工程技术，最终实现对单个原子的操控，其本质属于纳米技术与电子技术的结合体。目前，纳米电子材料以及纳米电子器件是纳米电子技术发展形成的主要产品。其中纳米电子材料包括纳米硅、纳米半导体陶瓷等，纳米电子器件主要为集成电路、MEMS技术以及纳米导线等，下文将会对其中一些产品进行具体的介绍。

2 纳米电子技术的起源

2.1 微电子技术的发展出现瓶颈

20世纪属于人类社会技术发展的重要时期，在这一时期涌现出许多重大发明，尤其是电子器件产品对于人们的生产与生活起到了十分重要的影响并且集成电路芯片的发展趋势也朝着小型化发展。随着微电子技术的不断进步，许多电子器件的各项参数指标已经达到了一个极限，但是人们对于电器元件的要求越来越高，包括其尺寸、成本、功率、稳定性等，在这些方面想要取得重大的突破并非易事，微电子技术的发展面临着巨大的挑战。而造成这一问题的主要原因就是很多电子集成芯片的尺寸要求已经接近纳米级，而这是电子波则代替信息载体电子流的宏观集体效应，而借助电子数量来处理信号是电子器件的主要方式，因此器件的功耗与速度在这一高集成度的条件之下难以取得突破。此外，作为晶体管的基础，PN结会由于固体器件的尺寸达到纳米时而失去特性。

2.2 纳米技术的产生

为了在上述微电子技术发展的条件下中使半导体芯片在功率、成本、尺寸以及稳定性等多方面取得突破，必须引导电子器件向纳米级别的方向发展，这就产生了纳米电子技术。纳米电子技术的应用能够使电子器件中的功耗问题得到解决，并且能大幅度提高器件的响应速度与能耗。纳米电子器件又称为量子器件，相比于微电子器件，其尺寸更小，主要是借助器件的量子特性来控制电子波的相位，进而实现部分功能。

3 纳米电子技术研究的成果

3.1 纳米材料

目前，随着纳米电子技术的进一步研究，涌现出许多新兴纳米材料，例如纳米半导体陶瓷材料、纳米硅材料、纳米硅薄膜等。其中纳米硅材料的应用较为广泛，硅电子技术具有低能耗、低成本、高精度、高工作效率以及受环境影响小的优势，具有不错的发展前景。随着纳米硅电子技术的不断进步，其充分实现了各技术领域的结合，从性能、尺寸、价格等方面对电子产品都有着十分重要的影响。

3.2 纳米电子器件

电子元件的基本器件经历了三个发展阶段，即分立元件阶段、集成元件阶段、超大规模集成电路，目前，我们正处于超大规模集成电路这一阶段。纳米电子阶段逐渐成为了电子技术的发展趋势，每个芯片包含了超过一亿的元件，目前单电子晶体管的制作就是借助了纳米级微细加工技术，其原理为将每一位信息数据由一个电子信号来代表，由此实现晶体管尺寸的最小化，这一技术体现了现代电子技术在集成度、速度以及功耗等方面的突破，使纳米加工技术的发展得到推动。目前，纳米电子器件研究的主要成果有微型电子机械系统以及微光机系统以及纳米机器人。

4 纳米电子技术的应用

随着纳米技术的研究的不断深入，诸多先进电子产品被广泛应用到人们实际生活中。以现代医学对纳米电子技术的应用为例，以纳米电子技术为基础的扫描隧道显微镜能够观察细胞膜与细胞器表面结构，并获取有效信息。还有纳米传感器，其能够通过对各类生化反应的观察来获取获取化学信息与电化学信息。此外还有立体定向全身伽玛刀、PET、MRI、多层螺旋CT、彩色多普勒超声诊断仪等高科技医学电子产品。

5 纳米电子技术的前景

5.1 纳米硅薄膜

纳米硅材料的优点十分突出，是目前在产量、发展、用途、重要性都优于其他材料的一种半导体材料。几乎世界上所有的半导体器件都会涉及到硅。而纳米硅薄膜属于纳米硅材料的新型产品，其能够与硅器件与集成电路相容，在纳米电子技术领域中的地位十分重要，此外纳米硅薄膜是研制料子功能器件的重要基础。

5.2 纳米生物电子学

纳米电子学中有一门重要的科目为纳米生物电子学，其在生物芯片中运用到纳米电子技术，进而研制出更加先进的电子产品，如纳米机器人。纳米机器人的尺寸极小，能够进入人体的血管，对人体的有害物质进行清除，进而保证了人体的健康。这一技术的应用对于人类医学的发展可以说起到了十分重要的作用，对于当代纳米电子技术的研究与发展与属于一项重要的成果。

5.3 MEMS技术

MEMS全称为microelectromechanical system，即微电子机械系统技术，可以简称为微系统技术。批量化的微电子技术是该技术发展的基础，能够制造出包含各类运输机构与功能组建的微光机电器件，例如机械、光学、流体等，同时还能够与集成电路相集成，使其微系统具备获取信息以及处理和执行的功能。

6 结束语

综上所述，纳米电子技术是微电子技术的深入研究与发展的一个重要表现，随着纳米电子技术的迅猛发展，该技术必然会对各类科学技术领域带来了长远的影响。目前，由于纳米电子技术具有十分明显的优势与特点，其在人类社会活动的各个领域的研究都在不断的深化，由此可见纳米电子技术的应用是人类科学技术发展与研究的一个必然趋势。因此，在这一阶段，我们应抓住机遇，对纳米电子技术展开深入的研究，进而提高生产力，促进我国经济水平的发展。

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