纳米技术与纳米计量

    0　引言

    纳米技术是当前发展最迅速、研究最广泛、投入最多的科学技术领域之一,被誉为二十一世纪的科学,其目的是“研究、发展和加工结构尺寸小于100纳米的材料、装置和系统,以获得所需要的功能和性能”。[1]这一定义涵盖了纳米加工过程,纳米结构的设计、特性和成形,以及纳米尺度上的测量和表征方法。

    纳米技术综合了工程、物理、化学和生物学等诸多科学技术领域,是一组技术的集合。为了在亚纳米及原子尺度上对物质的物理特性进行研究,已经发展了许多高分辨率的技术,如X-射线、电子束及扫描探针显微镜等,使得在这一尺度上对结构的分析甚至操纵成为可能。同时,传统上仅研究小分子的化学对建造更大和更复杂的分子表现出了更加强烈的兴趣,这一研究方向与生物技术及生物医学工程相互交叠,使得纳米尺度的研究成为多科学的研究项目。纳米技术是关于分子和原子尺度上的产品的加工生产过程。纳米计量是对这个尺度上的各种结构进行测量,给出纳米结构的各种参数数值。对于工业化生产的产品,还应具有相应的测量不确定度以及量值溯源性。

    纳米技术对许多工业领域已经开始具有非常关键的作用。它将为许多技术难题提供新的解决方案和思路,会进一步提高人们的生活水平,并有可能在很大程度上改变人们的生活方式。这一领域发展的驱动力主要来自:

    ●只能在很小尺度内工作的或是具有超高精度的产品;

    ●更高的系统性能;

    ●由“更小、更快、更便宜”而产生的小型化趋势;

    ●更高的可靠性;

    ●更低的成本。

    1　纳米技术

    纳米技术所涉及的领域主要有:纳米精度上的机械零件的加工和装配,电子器件的生产制造技术,扫描探针显微镜,微型机电系统(MEMS),纳米结构材料,自组织和自安装的分子结构,生物学和生物医学系统等。纳米技术的产品主要有:纳米器件(大规模集成电路、量子器件)、纳米机构(MEMS)和纳米材料。下面简要介绍几种纳米技术的发展、应用,以及所达到的水平和前景。

    1.1　微电子工业

    微电子工业是目前世界上发展速度最快的工业,被称为“硅革命”。根据国家统计局的最新数字,目前我国工业中最具活力和增长幅度最高的行业是电子行业。目前,PentiumⅡ的线宽为0.25μm,CMOS技术的动态存储器(DRAM)线宽已小于0.35μm,2000年可望达到0.25—0.18μm;6英寸(152mm)的大圆片即将被淘汰,目前以8英寸(203mm)为主,预计到2000年将为12英寸(305mm)。芯片的金属连线层目前为4—5层,未来将达到6层以上。集成电路器件的工作频率也越来越高,PentiumⅡ已达到450MHz。晶片中的布线和元件的线宽、线间隔、膜厚、表面粗糙度及其位置尺寸对器件中各个元件的电特性参数和性能指标及分布电容、分布电感、绝缘性能等电气特性具有越来越重要的影响,已成为影响器件质量和成品率的重要因素。