纳米电子时代有望提前到来

正在美国波士顿出席2002年美国科学促进会年会的纳米技术界权威们表示,以纳米级电子元件与纳米计算机为标志的纳米电子时代即将来临。

美国科学促进会年会的新闻发言人称,美国科学界在纳米电子材料方面的研究成果,使在分子水平上研制高性能的纳米级电子元件与计算机在不久的将来成为可能。目前,科研小组已经研制出尺度在1～1000纳米水平上的纳米晶体管、纳米导线和分子开关。

美国米特公司的艾伦勃格教授在年会的纳米技术专题研讨会上指出,目前各研究小组已有不少接近工业化阶段的科研成果,美国纳米技术研究开发的进度比预计的要快5～6年。哈佛大学和麻省理工学院的纳米研究小组的专家说,他们在分子水平上的纳米材料的研究,包括量子极点、原子操纵技术等,有望为纳米计算机提供结构材料与组装技术。宾州大学纳米小组的威尔斯教授和西北大学的拉特那教授认为,在纳米微型芯片组装之前,科学家们必须很好地了解纳米电子元件的工作机理。

威尔斯在此次年会上报告了跟踪单个分子穿过平面时的新数据。他说：“通过了解单个分子的工作情况,我们可以测试出纳米电子元件的逻辑与记忆能力的极限。”西北大学小组则揭示了纳米水平上的电流传输工作机理。曾于2001年首次推出纳米级分子电路的贝尔实验室表示,他们研制的具有自我组装功能的单分子晶体管逻辑电路,能与目前的硅芯片技术相结合,可以成为新、旧计算机系统的过渡产品。

随着过去半年来科学家在纳米研究领域接连取得一连串实质性的突破,一个纳米电子时代可望提前到来。该领域的研究开发进度,可能已经比原先预想的“提前了5到6年”。专家们预测说,快的话也许只要再过5到10年,纳米电子技术就会改变计算机业的发展走向。

这实际上意味着,纳米电子技术有望水到渠成地成为目前以硅等为基础的微米级集成电路技术的“接班人”。现有集成电路所用的微米级电子晶体管,尺度在1微米(1微米等于100万分之一米)到1000纳米(1纳米相当于10亿分之一米)之间。但硅芯片存在着物理极限,用它制造的集成电路尺寸不可能无止境地缩小。曾有预测认为,硅芯片技术在2010年之前可能就将无路可走。

科学家们因而对纳米电子技术寄予厚望。纳米电子技术的出发点,是以单个分子为基础来制造电子设备。单个分子大小不到10纳米,如果能用它制造出晶体管,不仅尺寸可以大大缩小,而且能显著提高集成电路的集成度。

20世纪90年代中期以来,科学家们在分子导线和分子开关等研究领域取得不少进展,但却一直未能制造出分子晶体管和分子电路。这两大难点在2001年下半年被集中攻克。美国和欧洲有5个独立研究小组,分别利用碳纳米管、纳米线和单一分子,首次制造出了分子晶体管和分子逻辑电路。纳米电子技术因此而一跃为最受人瞩目的前沿领域,并在美国《科学》杂志评选的2001年十大科技突破中,压倒风头正劲的人类基因组研究,登上榜首。

尽管纳米电子时代已经现出了曙光,但要想研制出真正实用化的纳米电子设备或分子计算机,仍然有一些重大技术问题有待解决。专家们指出,如何将上万亿个纳米电子元件组织成系统,如何将纳米电子设备与微米级电子设备集成在一起,如何提高分子间的电接触和电传输性能,都需要进一步的研究。