納米電子技術分析及發展分析

韓 熙

（重慶數字城市科技有限公司，400020）

0 前言

納米技術即Nanoteeholoy，該技術的目的為操縱極小空間尺度（0.1～100.0nm）內的原子和分子，并加工材料，制造出來的產品具有部分特殊的功能；又或者是研究某些物質，使這些物質的原子和分子的運動特性得以充分的認識與掌握，并以此推進某些技術的研究與發展。納米電子技術可以說是由微米電子技術發展而來，其核心為納米電子學。在21世紀，納米技術的提出有著十分重要的意義，屬于科技研究的重點，其滲入到了人類社會活動的各個領域，對于人類的發展有著十分深遠的影響。

1 納米電子技術概述

1.1 納米電子學的定義

納米電子學的發展方向為更加微小的世界與空間，對納米空間中的電子、原子以及分子進行研究，找出其運動特點，并將其應用于，實際在某種中程度上來講就是微電子學的一種延伸。納米電子學的研究對于集成電路的發展有著十分重要的作用，能夠突破以往物理與工藝的瓶頸，優化集成電路的設計與制作，向更多新形式發展與進步。由此可見，納米電子學的研究與發展對于納米電子技術的發展有著十分重要的意義。

1.2 納米電子技術的定義

納米電子技術屬于一種新型科學技術，通過結合現代物理與先進工程技術，最終實現對單個原子的操控，其本質屬于納米技術與電子技術的結合體。目前，納米電子材料以及納米電子器件是納米電子技術發展形成的主要產品。其中納米電子材料包括納米硅、納米半導體陶瓷等，納米電子器件主要為集成電路、MEMS技術以及納米導線等，下文將會對其中一些產品進行具體的介紹。

2 納米電子技術的起源

2.1 微電子技術的發展出現瓶頸

20世紀屬于人類社會技術發展的重要時期，在這一時期涌現出許多重大發明，尤其是電子器件產品對于人們的生產與生活起到了十分重要的影響并且集成電路芯片的發展趨勢也朝著小型化發展。隨著微電子技術的不斷進步，許多電子器件的各項參數指標已經達到了一個極限，但是人們對于電器元件的要求越來越高，包括其尺寸、成本、功率、穩定性等，在這些方面想要取得重大的突破并非易事，微電子技術的發展面臨著巨大的挑戰。而造成這一問題的主要原因就是很多電子集成芯片的尺寸要求已經接近納米級，而這是電子波則代替信息載體電子流的宏觀集體效應，而借助電子數量來處理信號是電子器件的主要方式，因此器件的功耗與速度在這一高集成度的條件之下難以取得突破。此外，作為晶體管的基礎，PN結會由于固體器件的尺寸達到納米時而失去特性。

2.2 納米技術的產生

為了在上述微電子技術發展的條件下中使半導體芯片在功率、成本、尺寸以及穩定性等多方面取得突破，必須引導電子器件向納米級別的方向發展，這就產生了納米電子技術。納米電子技術的應用能夠使電子器件中的功耗問題得到解決，并且能大幅度提高器件的響應速度與能耗。納米電子器件又稱為量子器件，相比于微電子器件，其尺寸更小，主要是借助器件的量子特性來控制電子波的相位，進而實現部分功能。

3 納米電子技術研究的成果

3.1 納米材料

目前，隨著納米電子技術的進一步研究，涌現出許多新興納米材料，例如納米半導體陶瓷材料、納米硅材料、納米硅薄膜等。其中納米硅材料的應用較為廣泛，硅電子技術具有低能耗、低成本、高精度、高工作效率以及受環境影響小的優勢，具有不錯的發展前景。隨著納米硅電子技術的不斷進步，其充分實現了各技術領域的結合，從性能、尺寸、價格等方面對電子產品都有著十分重要的影響。

3.2 納米電子器件

電子元件的基本器件經歷了三個發展階段，即分立元件階段、集成元件階段、超大規模集成電路，目前，我們正處于超大規模集成電路這一階段。納米電子階段逐漸成為了電子技術的發展趨勢，每個芯片包含了超過一億的元件，目前單電子晶體管的制作就是借助了納米級微細加工技術，其原理為將每一位信息數據由一個電子信號來代表，由此實現晶體管尺寸的最小化，這一技術體現了現代電子技術在集成度、速度以及功耗等方面的突破，使納米加工技術的發展得到推動。目前，納米電子器件研究的主要成果有微型電子機械系統以及微光機系統以及納米機器人。

4 納米電子技術的應用

隨著納米技術的研究的不斷深入，諸多先進電子產品被廣泛應用到人們實際生活中。以現代醫學對納米電子技術的應用為例，以納米電子技術為基礎的掃描隧道顯微鏡能夠觀察細胞膜與細胞器表面結構，并獲取有效信息。還有納米傳感器，其能夠通過對各類生化反應的觀察來獲取獲取化學信息與電化學信息。此外還有立體定向全身伽瑪刀、PET、MRI、多層螺旋CT、彩色多普勒超聲診斷儀等高科技醫學電子產品。

5 納米電子技術的前景

5.1 納米硅薄膜

納米硅材料的優點十分突出，是目前在產量、發展、用途、重要性都優于其他材料的一種半導體材料。幾乎世界上所有的半導體器件都會涉及到硅。而納米硅薄膜屬于納米硅材料的新型產品，其能夠與硅器件與集成電路相容，在納米電子技術領域中的地位十分重要，此外納米硅薄膜是研制料子功能器件的重要基礎。

5.2 納米生物電子學

納米電子學中有一門重要的科目為納米生物電子學，其在生物芯片中運用到納米電子技術，進而研制出更加先進的電子產品，如納米機器人。納米機器人的尺寸極小，能夠進入人體的血管，對人體的有害物質進行清除，進而保證了人體的健康。這一技術的應用對于人類醫學的發展可以說起到了十分重要的作用，對于當代納米電子技術的研究與發展與屬于一項重要的成果。

5.3 MEMS技術

MEMS全稱為microelectromechanical system，即微電子機械系統技術，可以簡稱為微系統技術。批量化的微電子技術是該技術發展的基礎，能夠制造出包含各類運輸機構與功能組建的微光機電器件，例如機械、光學、流體等，同時還能夠與集成電路相集成，使其微系統具備獲取信息以及處理和執行的功能。

6 結束語

綜上所述，納米電子技術是微電子技術的深入研究與發展的一個重要表現，隨著納米電子技術的迅猛發展，該技術必然會對各類科學技術領域帶來了長遠的影響。目前，由于納米電子技術具有十分明顯的優勢與特點，其在人類社會活動的各個領域的研究都在不斷的深化，由此可見納米電子技術的應用是人類科學技術發展與研究的一個必然趨勢。因此，在這一階段，我們應抓住機遇，對納米電子技術展開深入的研究，進而提高生產力，促進我國經濟水平的發展。

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