《纳米科技与现代生活》论文

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1、《纳采科技与现代生活》结课论文题目：纳采削子信息学技术学院专业年级学号雄名2010年5月25日随着科技的快速发展，在微电子技术的基础上，纳米技术与信息技术，电子技术，自动化技术及计算机技术日渐融合，成为当今社会科技领域的重要支柱技术，几乎任何领域的研发工作都与这些技术紧密联系，而他们的相互交叉，相互渗透，也越来越密切。从而使得纳米电子信息学技术得以迅猛发展。纳米技术中最重要的一个分支领域是纳米电子信息学技术(nanoclcctronics)o在信息社会中，电子学的应用显得越来越重要。信息的获取、放大、存储、处理、传输、转换和显示，哪一样都离不开

2、电子学。电子学技术未来的发展，将以“更小，更快，更冷”为目标。“更小”是进一步提高芯片的集成度，“更快”是实现更高的信息运算和处理速度，而“更冷”则是进一步降低芯片的功耗。只有在这三方面都得到同步的发展，电子学技术才能取得新的重大突破。而这三方面共同发展的结果便是纳米电子信息学技术。纳米电子学的前景是一片光明，很多科学家们都致力于纳米电子信息学技术的研究，这一技术在人类的未来生活、教育、研发、国防、工作等等领域会发挥出举足轻重的作用。而在这领域一直处于先进地位的美国国防高等技术研究厅(DARP),不久前就提出的超电子学(ulbeebotmlll

3、cs)研发计划，他们就是根据“更小，更快，更冷”的发展目标，要求未来的电子器件要比现有的微电子器件的存储密度高5-100倍，速度快10-100倍，而功耗则要小于现在器件功耗的2倍。最终希望达到“双十二”,即1012位的存储器容量(1Terabit)和每秒1012次的运算器速度(1000亿次/s),且廉价而节能。要实现这一目标，电子器件的尺寸将必然进入纳米技术的尺度范围，即要小于lOOnmo这表明，随着人类对芯片的要求越来越高，在不久的将来，微电子器件必将过渡到纳米屯子器件，使其成为21世纪信息时代的核心。现阶段要实现纳米电子器件及苴集成电路，有

4、两种可能的方式。一种方式是将现有的集成电路进一步向微型化延伸，利用一些特殊的技术来缩小器件的尺寸。另一种方式是研制与当代集成电路完全不同的，利用纳米结构的量子效应而构成的全新量子结构体系。微型化延伸方式是研究开发更小的最小线宽的加工技术来加工尺寸更小的电子器件。这种方法只是尺度上的缩小，电子器件的构造并不发生根本的改变。现行的微电子器件（如场效应晶体管field-effecttransistor,FET）功耗较大，它无法满足对器件"更冷”的要求。其中著名的莫尔定律（Moore"slaw）预言：“每隔18个月新芯片的晶体管容量要比先前的增加一倍，

5、同吋性能也会提升一倍”，事实已经证明，在过去的30多年里，莫尔定律准确地代表着芯片技术的发展趋势。但是，随着集成电路的集成度越来越高，晶体管的尺寸和集成电路的最小线宽越来越小，莫尔定律受到了极大的挑战。因为按照莫尔定律的发展趋势，10年后的2010年微电子器件的尺寸和集成电路的最小线宽都将小于100nm,而目前的光刻技术能够加工的最小线宽尺寸为130nm,达到现代微电子学光刻加工技术的极限（物理限制），所以在宏观技术发面很难发展。这就需要我们来借助更高明的技术来进一步发展，需要依靠高科技来支撑我们的一些不足。我们可以利用微观科技的技术来改变物件

6、的尺寸，进而实现缩小器件，达到纳米的级别。基于以上的思想，在1982年，国际商业机器公司(InternationalBusinessMachine,IBM)苏黎世研究所的GerdBinnig和HeinrichRohrer及其同事们成功地研制出世界上第一台新型的表面分析仪器，即扫描隧道显微镜(scanningtunnelingmicroscopeSTM)。它使人类第一次能够直接观察到物质表面上的单个原子及其排列状态，并能够研究其相关的物理和化学特性。因此，它对表面物理和化学、材料科学、主命科学以及微电子技术等研究领域有着十分重犬的意义和广阔的应用

7、前景。由于STM具有极高的空间分辨能力(平行方向的分辨率为0.04nm,垂直方向的分辨率达到0.Olnm),它的出现标志着纳米技术研究的一个最重大的转折，甚至可以说标志着纳米电子技术研究的正式起步。STM的基本原理是量子隧道效应。它利用金属针尖在样品的表面上进行扫描，并根据量子隧道效应来获得样品表面的图像。STM有两种工作模式，恒电流模式和恒高度模式。恒电流模式是在STM图像扫描时始终保持隧道电流恒定，它可以利用反馈回路控制针尖和样品之间距离的不断变化来实现。恒高度模式则是始终控制针尖的高度不变，并取出扫描过程中针尖和样品之间电流变化的信息(该

8、信息也反映样品表面的起伏)，来绘制样品表面的原子图像。因为在此之前人类无法直接观察表面上的原子和分子结构，使纳米技术的研究无法深入地进行，而这一研究正