纳电子学应用 上海市长今天讲的“微纳电子”是什么高科技？

上海市长今天讲的“微纳电子”是什么高科技？

今天闭幕的上海市第十五届人民代表大会第四次会议上，上海市长龚正在报告中指出，今年上半年，上海继续推进科创中心建设，聚焦光子和微纳电子、人工智能、脑与生命等领域。其中，“微纳电子”这个名词引起了不少与会代表的关注。什么是微纳电子？它有什么应用价值？解放日报·上观新闻记者第一时间采访了上海市科学学研究所副研究员陈红光。

据陈红光介绍，微纳电子是上海近年来布局研发的一个重点方向，可分为微电子、纳电子两个领域。与纳电子相比，微电子为更多人所了解，因为全国许多高校设有这个专业。微电子是随着集成电路，尤其是超大型规模集成电路发展起来的一类技术，其理论基础是19世纪末至20世纪30年代建立起来的物理学。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专业细分领域，是微电子学中各项工艺技术的总称。由此可见，微电子技术水平的高下，对一个地区的集成电路产业发展至关重要。

那么，纳电子是什么高科技呢？陈红光解释说，随着新技术的发展，科技界提出了多个前沿研究方向，纳电子是其中一个非常重要的方向。顾名思义，纳电子是纳米电子学的简称，主要研究基于纳米材料的电子元器件制备、研究与应用的电子学。

讲到这儿，一些对集成电路有所了解的读者可能会说，目前全球芯片制造的最先进制程已经达到了5纳米，早已是纳米尺度。这话没错，但很多专家认为，目前产业界最先进的制程采用的仍然主要是微电子技术，还没有实现纳电子技术的产业化。

要实现纳电子技术的产业化，第一步是把实验室已研制出的单电子开关等元器件转化为产品。据介绍，单电子器件能通过操纵单个或少数几个电子的运动来执行任务，具有极低功耗、极小尺寸和一些特有的功能特性。即使器件缩小到分子尺度，其功能仍然有效，而且理论上讲，器件性能会随着尺寸的减小而提高。因此，单电子器件未来很有可能成为集成电路的重要组成部分。

“研制出性能可靠的纳电子器件后，科研人员就能把它们组成小型电路，未来开发出下一代芯片。”陈红光说。与目前的微电子芯片相比，纳电子芯片的速度会更快，功耗更低，其应用价值不言而喻。集成电路领域有一个著名的摩尔定律，指在价格不变情况下，集成电路上可容纳的元器件数目和性能，每隔18—24个月会增加或提升1倍。当前，摩尔定律还在指导微电子领域的发展。摩尔定律的极限究竟在哪里？纳电子技术如取得突破，是否还继续遵循摩尔定律发展？业界对此充满好奇。

栏目主编：黄海华 文字编辑：俞陶然 图片编辑：邵竞

新型二维材料仅两个原子厚但比钢坚固

科技日报北京4月12日电 （记者刘霞）据美国阿贡国家实验室官网近日报道，该机构科学家与西北大学和佛罗里达大学合作，制造出了由硼和氢原子构成的稳定纳米片，这种名为氢化硼烯的二维材料仅两个原子厚，且比钢更坚固，有望在纳电子学和量子信息技术领域“大显身手”。

二维材料指具有长度和宽度、但厚度仅一两个原子的奇异材料，它们有望大幅提升电子设备、太阳能电池和医疗设备的性能。近几十年来，二维材料科学领域最激动人心的突破之一是2004年石墨烯“横空出世”，这种二维碳片的厚度仅一个原子，却比钢坚固200倍。两位发明者安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因此荣膺2010年诺贝尔物理学奖。2015年，包括阿贡国家实验室下属纳米材料中心在内的团队首次合成了硼烯——厚度仅一个原子的硼片。然而，石墨烯是常见材料石墨中许多相同原子层中的一层，而硼烯却没有类似的母结构，因此很难制备。而且，硼烯会很快与空气发生反应，这意味着它极不稳定，容易变形。

西北大学材料科学和工程学教授马克·赫萨姆解释说：“硼烯本身存在各种问题，但当我们将硼烯和氢混合时，其产物会突然变得稳定得多，在纳电子学和量子信息技术等新兴领域有很大的应用潜能。”

在最新研究中，研究团队在银衬底上生成硼烯，随后使之与氢接触，形成氢化硼烯。然后，他们联合一台扫描隧道显微镜和基于计算机视觉的算法，将结构理论模型与实验测量数据进行比较，揭示了氢化硼烯的复杂结构。而且，该团队的自动化分析技术未来也可用于识别其他复杂的纳米结构。

该实验室的皮埃尔·达兰塞特说：“我们的新研究真正令人鼓舞的地方在于，银衬底上的氢化硼烯纳米片与硼烯不同——氢化硼烯相当稳定。这意味着，氢化硼烯应该很容易与其他材料结合起来为光电子学制造新设备，这种光控和发光设备可用于电信和医疗设备等领域。”

该实验室纳米科学家玛丽亚·陈则表示：“就实现氢化硼烯在纳电子学领域的巨大潜力而言，这些研究结果是重要一步。”

来源： 科技日报

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