纳米科技发展介绍

纳米科技发展介绍
【摘要】纳米科技目前迅猛发展，并且已经应用的科技产品中去，本文从几个方面阐述了纳米科技发展的状况以及纳米科技未来发展的趋势。

【关键词】纳米；科技发展；纳米科技
1.何谓纳米科技
所谓纳米尺度是指十亿分的一米，约为人类头发直径的八万分的一，相当于十个氢原子的直径长。

纳米科技涵盖材料、微电子、计算机工程、化工、化学、物理、医学、航天、环境、能源以及生物等各领域。

而纳米科技一般系指利用数个纳米至数十个纳米的观察与操作技术，制作出具有该尺度的各种功能新颖的构造体，将其制作成各种不同领域与制程整合并加以利用的技术。

2.纳米材料的特性
当材料结构小到纳米尺寸时，材料中的晶粒大小介于一到十纳米范围的间。

一般定义晶粒或颗粒直径小于100纳米的粒子称为纳米晶。

当超威粉粒直径、薄膜厚度或孔隙直径从微米减小至纳米等级，具有与一般固体晶相或非晶质结构不同的原子结构；且有与传统晶粒或非晶质材料不同的性质，这些材料结构已小于可见光的波长，其表面原子所占全体原子的比例将快速增加，故其表面未饱和键数很多，使得纳米具有极高的表面活性，因此表面能量占全体总能量的比例也快速增加，其具有大表面积的特殊效应，又因其固体表面原子的热与化学稳定性比内部的原子要差得多，造成此表面原子有催化剂的作用。

目前我们所使用的材料结构尺寸已经缩小到器件所利用的物理原理即将失效的阶段，科学家们预测这些物理原理的适用性再撑不过十年，由于纳米结构材料，仍有很多的新化学性质及物理性质，例如材料强度、模数、延性、磨耗性质、磁特性、表面催化性以及腐蚀行为等，会随着粒径大小不同而发生变化，也就是说如果我们想要利用纳米材料结构，不只需要找出更好的材料、更简便和可信度高的生产方法，同时也必须了解其新物理和化学性质，想出新运用的原理，并且可以做出特定大小、形状，或有可区分出不同尺寸与形状的纳米制造技术。

3.半导体纳米组件
目前电子产品组件中的晶体管和链接尺寸都已经缩小到0.13微米（百万分的一米）以下，在计算机内两公分平方的中央数据处理器，英特尔（Intel）的最新商用微处理器Pentium4，系使用0.18微米制程，于一个微处理器内包含4700万个晶体管，若使用0.02微米制程，则每一个微处理器几乎可容纳10亿个晶体管。

当我们从0.13微米发展到0.10微米将会面对棘手的技术障碍。

为进一步的发展，需要材料、非光学微影制程、蚀刻、沈积和低温退火等多方面的突破。

除此的外，设计、检验、测试和封装技术都需要艰难的技术革新。

英特尔的创办人的一、摩尔博士于1965年曾谓微处理器的晶体管密度，每十八个月会
增加一倍，此即为摩尔定律，业界要维系摩尔定律，就必须不断的提升制程技术，其中的关键技术即为微影，例如传统微影制程使用的365纳米、近紫外光，其解像度大约在0.30-0.35微米间，而目前4～5年内的主要曝光技术则是深紫外光光学微影（DUV），2000年全球微影设备出货量中，D U V设备占62％，99年时为57％，在D U V曝光技术中，193纳米氟化氩（ArF）雷射为深紫外光光学微影的主要光学光源，其解像度为0.13-0.10微米。

更多的工作将会集中于如何在更少的基底损坏和更高选择率的前提下净化和蚀刻芯片。

我们会努力将阻抗更低的材料、导电性更高的薄膜、新型金属或金属化合物和导电性更低的隔层材料应用到新的生产线中。

除此的外，许多的专家将会投入大量时间研究原子级检验、超高速芯片级测试和高效可靠的封装。

台湾有不少硅晶圆制造公司已经成功地发展出小于0.11微米的组件。

4.扫描探针微影术在纳米科技的应用
扫描探针微影术是利用扫描探针显微镜（如原子力显微镜及扫描穿遂显微镜等）来进行纳米级微影的新技术。

可用以针对材料表面特性的检测，近年来更利用微小的探针头尖端靠近材料表面以产生局部的强电场或低能电子束，用于改变表面特性的扫描探针微影术，即由相关参数的调整，而发展出多种扫描探针显微加工技术。

而其运用的范围已扩及表面物理、固态物理、生物物理、生命科学、材料科学、纳米科学等学术研究，以及纳米量测、半导体检测、超精密加工、生物技术与纳米技术等工程研究与实际运用。

扫描探针显微镜由于可达到原子级或纳米级的分析能力，而且进行测量与加工所需旳能量差别不大，因此同一系统几乎可同时进行纳米量测与纳米加工，是未来纳米技术最重要的基础关键技术的一。

其中，使用导电探针以产生场致阳极氧化作用的方法更被应用于制造纳米尺寸的组件，如场效晶体管、单电子晶体管、单电子内存、高密度数据储存媒介等。

5.纳米碳管的研究
纳米材料的研究为目前科学技术发展的先驱之一，其中，近年来被发现的纳米碳管更是因其优异的性质而备受瞩目，并拥有许多潜在的应用。

纳米碳管有很高的化学稳定性、热传导性和机械强度，尤其是独特的电子性质，使其可应用在场发射平面显示器上，有极大的发展潜力。

自1991年被S.Iijima发现以来，已逐渐成为科学界的主流研究课题的一，纳米碳管主要是由一层或多层的未饱和石墨层（graphene layer）所构成，在纳米碳管石墨层中央部分都是六圆环，而在末端或转折部份则有五圆环或七圆环，每一个碳原子皆为s p2构造，基本上纳米碳管上石墨层的构造及化学性质与碳六十相似。

制备方法大致可分为三种：第一种为电浆法，由二支石墨棒在直流电场及惰性气体环境下，火花放电而生成。

第二种方法为激光激发法，由聚焦的高能量激光束于120℃高温炉中挥发石墨棒而生成。

第三种方法为金属催化热裂解法，在高温炉中（＞700℃）由铁、钴、镍金属颗粒热裂解乙炔或甲烷而生成。

由于上述三方法对于量产纳米碳管依旧有一段距离。

6.生物科技在纳米技术的应用
纳米科技不只可以应用在电子信息工业上，在生物和医学上也一样有用。

当我们有一天能区分出健康和患病者D NA基因内码排列的差异性时，也许可利用纳米技术来加以修正；生物芯片因为结构微小，其侦测灵敏度特别的高，只需要极少量分子即能检验出病因，现在我们生病时所做生理检查总是避免不了验血、验尿、验一大堆东西，有些检验还得等好几天的细菌培养，生物芯片一旦发展成功，小小的一片，从分子生物学出发，一次便可做多种检验，且不到几分钟或几秒钟便能全部完成；当然制造小医疗器件，把它注入体内做长期医疗工作也是发展方向之一，器件小会减少对其他器官正常作用的干扰。

另外在基础生物医学方面，生物分子如何作用也可用纳米技术做非常细微的分析，即以了解其作用机制，预料利用纳米技术，有一天科学家可以测量单一分子的光谱和键能，也可切割或连结某一特定的分子键，一个分子马达如何的旋转，还有一个蛋白分子如何的松缩等现象也都可利用原子力显微镜等显微技术直接观察研究。

7.未来发展
纳米科技与一般科技不同的处是其科学和技术已经汇合在一起，无法分辨。

现在我们对纳米尺寸材料结构的物化性质了解仍然有限，要研究它们，必须先寻找新材料，开发新制造技术，想出新运用原理，并建造尖端量测与观察显微仪，此些仪器的建造经验会直接帮助纳米组件生产技术的开发。

台湾在生产深次微米半导体组件方面经验累积堪称为世界级，只要有健全的纳米科学基础研究作后盾，不需要从头开始，故我们在纳米科技产品的开发上比其他国家应更具优势。

纳米科技的发展将会使台湾半导体工业从代工升级到领先地位。

纳米科学的研究不只是新知识的追求和探讨，高级研发人才的训练，也会对国家的振兴经济和产业升级做出重要贡献。