第一情报 ---材料工业

2015年前纳米技术发展前景预测

供稿人:ISTIS  供稿时间:2006-5-30   关键字:纳米  
一、采用纳米技术制造计算装置
采用纳米技术装置日趋成熟的速度将超出人们的想象,不仅微电子设备的尺寸会不断缩小,而且还会在短期内应用到微机电系统和以量子开关为基础的计算系统等领域。这些进展所具有的潜力可以改变人类设计环境的方式、构造和控制系统的方式以及与社会进行交互作用的方式。
 
1、纳米芯片
导体工业巨子SEMATECH预测,到2015年制造的纳米电路长度大约为35纳米。纳米记忆芯片的目标容量是64GB,预期目标是实现处理能力的指数增长,从而为计算技术带来新的突破。
 
2、基于量子开关的计算系统
借助各种量子效应器件可以提高计算能力,这也是消除提高计算能力障碍的长远解决方法之一。这一领域的核心工作是如何采用量子效应(例如电子的旋转极化)来确定每个开关电路的状态。
 
3、生物分子器件和分子电子学
分子电子学器件可以作为逻辑开关使用,主要优点是可以大大降低每个器件所消耗的能源。有些研究机构建议用纳米管作为器件之间的连线,以便发挥单个碳分子具有高导电性能的优势。
二、集成微系统和微机电系统
这里所说的微机电系统是指一种“自上而下”的制造技术,这种技术把机械系统和电子系统纳入集成微系统之中是因为将来可以利用微机电系统的同样技术把生物元件或化学元件集成到同一个芯片上。到目前为止,微机电系统已经用来制造某些商品化功能器件,例如传感器和单芯片测量装置。很多研究人员在纳米技术等领域把微机电系统的技术作为分析工具使用。
 
1、芯片上的智能系统(光学元件与电子元件的集成)
目前的技术已经能够在实验室中把简单的电光学元件和化学传感器元件成功地集成在逻辑芯片或存贮器芯片上。同样,射频元件在无线设备上的集成已经进入大规模生产阶段。某些公司的产品能够用来进行基础的DNA测试。根据预测,到2015年之前显然可以开发出比较复杂的集成系统。这些进展可以为低成本、高集成度的多功能芯片找到很多新的应用领域。
 
2、微米和纳米仪表及微米和纳米测量技术
仪表和测量技术是最有希望在近期取得进展并获得应用的领域。到2015年能够以可以接受的成本把光学元件、流体元件、化学元件和生物元件与电子逻辑元件和存储元件集成到同一个芯片上时,就会对药物投递、基因研究、化学分析试验和化学合成等领域产生重大影响。
 
纳米仪表的第一个应用领域就是作为基本的加速度传感器(如汽车中的安全气囊)或压力传感器等使用。体积只有纳米量级的专用光学传感器和化学传感器已经与用于信号处理和计算的微处理器一道应用在某些精密的实验室设备中。某些公司制造的产品已经用于基本的DNA分析或药物投递。当这些传感器变得更为精巧并且计算能力的集成度更高时,它们的应用领域就会越来越广,特别是在生物医学领域得到广泛的应用。
三、分子制造技术
分子制造,就是把原子或分子逐一装配起来形成某种物体的过程。要实现分子制造,必须具备某些技术。首先是必须发现稳定的分子筑块(building block),不仅其物理性能和化学性能要稳定,而且必须在某种程度上容量操作且具备功能的多样性。第二个主要的开发领域是根据特定的设计装配复杂结构的能力。各种物理就位(physical placement)技术正在开发之中。分子制造技术的第三个主要研究领域是系统设计和系统工程。宏观上极为复杂的分子系统需要精确的子系统设计、系统总体设计和系统集成。
 
分子制造技术有可能带来全球性变化,例如对大量制造业的工人重新进行培训,为某些地区参与新制造技术的竞争带来新的机遇以及新技术向制造业的基础设施薄弱的国家转移等。作为分子制造技术的第一关,目前在元件开发方面已经取得很大进展。
 

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