纳米技术是一门在0.1-100um 尺度空间内, 对电子、原子和分子的运动规律和特性进行研究并加以套用的高科技学科, 它的目标是用单原子、分子製造具有特定功能的产品。国内外科技界已普遍认为纳米技术已成为当今研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要的研究对象。纳米科技正在推动人类社会产生巨大的变革, 它不仅将促使人类认识的革命, 而且将引发一场新的工业革命。

纳米技术是2 0 世纪末期崛起的崭新科学技术领域, 是一个全新的高科技学科群, 它包括纳米电子学、纳米光电子学、纳米光子学、纳米物理学、纳米光学、纳米材料学、纳米机械学、纳米生物学、纳米测量学、纳米工艺学、纳米医学、纳米显微学、纳米信息技术、纳米环境工程和纳米製造等。是一门基础研究与套用探索相互融合的新兴技术。

纳米电子学是在0. 1～ 100nm的纳米结构(量子点) 内探测、识别与控制单个量子或量子波的运动规律, 研究单个原子、分子人工组装和自组装技术, 研究在量子点内, 单个量子或量子波表现出来的特徵和功能用于信息的产生、传递和交换的器件、电路和系统及其在信息科学技术、纳米生物学、纳米测量学、纳米显微学、纳米机械学等套用的学科, 也称为量子功能电子学。

纳米电子学是纳米技术的重要组成部分, 是传统微电子学发展的必然结果, 是纳米技术发展的主要动力。纳米电子学在传统的固态电子学基础上, 藉助最新的物理理论和最先进的工艺手段, 按照全新的概念来构造电子器件与系统。纳米电子学在更深层次上开发物质潜在的信息和结构的能力, 使单位体积物质储存和处理信息的功能提高百万倍以上,实现了信息採集和处理能力的革命性突破。纳米电子学与光电子学、生物学、机械学等学科结合, 可以製成纳米电子/ 光电子器件、分子器件、纳米电子机械系统、纳米光电子机械系统、微型机器人等, 将对人类的生产和生活方式产生变革性的影响, 纳米电子/光电子学将成为21 世纪资讯时代的关键科学技术。

按摩尔定律推算， 在未来的10余年里， 继续提高计算机的储存密度和运算能力将面临严峻的挑战。这些挑战既有原理性的物理限制，又有技术性的工艺限制。其主要表现为：电子器件的尺寸处于微米量级时，其中的电子主要呈粒子性。但是当器件的尺寸小到纳米量级时，电子则以波动性为主。电子的波动性是一种量子效应，这时电子器件将在一个全新的原理下进行工作；任何多体系统都存在热的统计起伏，当器件尺寸缩小到纳米量级时，这种热起伏便会限制器件性能的一致性， 以致集成晶片无法正常工作。

然而，纳米电子技术、纳米电子器件与纳米电子学的出现为微电子技术的发展提供了新的途径和转机。这一方面可归功于微电子技术与纳米技术的不断发展；另一方面则要归功于半个多世纪来微电子学与量子物理学对纳米电子器件的製备、特性、机理与表征提供的有力支持。

纳米电子器件指利用纳米级加工和製备技术，如光刻、外延、微细加工、自组装生长及分子合成技术等[!"#]，设计製备而成的具有纳米级尺度和特定功能的电子器件。目前，人们利用纳米电子材料和纳米光刻技术，已研製出许多纳米电子器件，如电子共振隧穿器件共振二极体、三极共振隧穿电晶体、单电子电晶体、金属基、半导体、纳米粒子、单电子静电计、单电子存储器、单电子逻辑电路、金属基单电子电晶体存储器、半导体 存储器、硅纳米晶体製造的存储器、纳米浮栅存储器、纳米硅微晶薄膜器件和聚合体电子器件等。

纳米电子技术是指在纳米尺寸範围内构筑纳米和量子器件，集成纳米电路，从而实现量子计算机和量子通信系统的信息计算、传输与处理的相关技术，其中，纳米电子器件是目前纳米电子技术发展的关键与核心。现在，纳米电子技术正处在蓬勃发展时期，其最终目标在于立足最新的物理理论和最先进的工艺手段，突破传统的物理尺寸与技术极限，开发物质潜在的信息和结构潜力，按照全新的概念设计製造纳米器件、构造电子系统，使电子系统的储存和处理信息能力实现革命性的飞跃。

基于目前的发展和对未来的预测, 如果将主要纳米电子器件进一步分类, 纳米CMOS 器件主要有: 绝缘层上硅MOSFET、硅一锗异质MOSFET、低温MOSFET、双极MOSFE T、本徵硅沟道隧道型MOSFET等; 量子效应器件包括: 量子干涉器件、量子点器件和谐振隧道器件, 而谐振隧道器件又包括: 横向谐振遂道器件、谐振隧道电晶体, 谐振隧道场效应电晶体( RTEET)、双极量子谐振隧道电晶体、谐振隧道热电子电晶体、纵向谐振隧道器件和隧道势垒调製电晶体等; 单电子器件主要包括: 单电子箱、电容祸合和电阻祸合单电子电晶体、单电子神经网路电晶体、单电子结阵列、单电子泵浦、单电子陷阱和单电子旋转门等; 单原子器件和单分子器件包括: 单电子开关、单原子点接触器件、单分子开关、分子线、量子效应分子电子器件、电化学分子电子器件等。

纳米感测器将包括:

量子隧道感测器和纳米生物感测器; 纳米积体电路包撬纳米电子积体电路和纳米光电积体电路纳米存储器包括: 超高容量纳米存储器、超高密度数据存储器、隧道型静态随机存储器、单电子硅基M O S 存储器、单电子存储器、单电子量子存储器; 纳米CMOS混合电路包括: 纳米CMOS电路和1一V 族化合物半导体共振隧道效应电路, 纳米CMOS电路和单电子纳米开关电路, 纳米CMOS 电路和超导单磁通量子电路, 纳米CMOS电路和碳纳米管电路, 纳米CMOS电路和人造原子电路与人造分子电路, 纳米CMOS电路和DNA电路, 纳米CMOS 电路和纳米金属基自旋电路等主流电路的联姻, 为纳米电子学开创了全新的发展。纳米1`v 族化合物半导体器件和电路是指谐振隧道二极体和谐振隧道电晶体与电路, 它在高速、高频和光电子领域有强大的潜力, 科学家预测,21 世纪纳米电子器件、纳米光电子器件、纳米积体电路、纳米光电子积体电路是最有发展前途的。

纳米单电子器件

利用纳米电子学採用纳米电子材料和纳米光刻技术已研製出了许多纳米电子器件, 如: 电子共振隧穿器件、电子谐振隧穿器件、共振二极体( R T D )、三端的共振隧穿电晶体( RTT )、单电子电晶体( SET )、单岛单电子电晶体( SET )、金属基SET、半导体SET、纳米粒子SET、多岛SET、单电子静电计、单电子存储器( SEM )、单电子逻辑电路、单电子c M o s 电路、金属基单电子电晶体( s E T ) 存储器、半导体S E T 存储器、硅纳米晶体製造的存储器、纳米浮栅存储器、单电子数字积体电路、单电子电晶体( s ET ) 逻辑积体电路、纳米硅微晶薄膜器件( 如谐振隧穿二极体( RTD ) ) 和聚合体电子器件等。

电子波器件

电子波干涉器件、短线波导型干涉器件、MachZender干涉计( 静电干涉器件)、定向祸合器件、衍射器件、量子线沟道场效应电晶体(FET)、平面超晶格FET、电子速度调製FET谐振隧穿器件等。

量子波器件这类器件中的电子处于相位相干结构中, 其行为以波动性为主, 这类器件包括量子线电晶体、量子干涉器件、谐振隧穿二极体电晶体等。

要製备纳米电子器件及实现其积体电路，有两种可能的方式。一种是将现有的电子器件、积体电路进一步向微型化延伸，研究开发更小线宽的加工技术来加工尺寸更小的电子器件，即所谓的“由上到下”的方式。另一种方式是利用先进的纳米技术与纳米结构的量子效应直接构成全新的量子器件和量子结构体系，即所谓的“由下到上”的方式。

纳米电子器件“由上到下”的製备方式主要是指光学光刻、电子束光刻和离子束光刻等技术。

“由下到上”的製备方法则包括金属有机化学汽相沉积、分子束外延、原子层外延、化学束外延等外延技术、扫描探针显微镜技术、分子自组装合成技术以及特种超微细加工技术等。

光刻技术

光学光刻、电子束光刻与离子束光刻技术统称三束光刻技术，是通过掩模、曝光等工艺将设

计的器件图形结构转移到半导体基片上的加工技术。目前， 随着光刻技术线宽的不断减小，光学光刻、电子束光刻与离子束光刻技术已在纳米器件、纳米积体电路、纳米混合电路等加工领域表现出了很好的套用前景，并开始在一些纳米电子器件加工方面取得了套用。

光学光刻技术

光学光刻是通过光学系统以投影方法将掩模上的大规模积体电路器件结构图形“刻”在涂有光刻胶硅片上的技术。它是现在产业半导体加工的主流技术。在这种技术中，通常甲基丙烯酸酯聚合物被用作抗蚀涂层，甲基异丁酮和异丙醇合剂被用作显像剂。

目前国际微电子领域最引人关注的热点是新一代光刻技术。限制光刻所能获得的最小线宽与光刻系统的解析度直接相关，而减小光源的波长是提高光刻解析度的最有效途径。现在，商品化光刻机的光源波长已经从过去的汞灯光源紫外光波段进入到深紫外波段，除此之外，利用光的干涉特性以及电磁理论结合光刻实际对曝光成像的深入分析，採用各种波前技术最佳化工艺参数也是提高光刻解析度的重要手段。

电子束光刻技术

电子束光刻是採用高能电子束对光刻胶进行曝光而获得结构图形的光刻技术。

最近，美国朗讯公司开发的角度限制散射投影电子束光刻技术令人瞩目，该技术如同光学光刻那样对掩模图形进行缩小投影，并採用特殊滤波技术去除掩模吸收体产生的散射电子，从而在保证解析度条件下提高产出效率。应该指出，无论未来光刻採用何种技术，都将是积体电路研究与生产不可缺少的基础设施。

离子束光刻

离子束光刻是採用液态原子或气态原子电离后形成的离子通过电磁场加速及电磁透镜的聚焦或準直后对光刻胶进行曝光的光刻技术。其原理与电子束光刻类似，但德布罗意波长更短，且具有无邻近效应小、曝光场大等优点。离子束光刻主要包括聚焦离子束光刻、离子投影光刻等。外延技术

金属有机化学汽相澱积、分子束外延、原子层外延与化学束外延技术统称外延技术，是在基体上生长纳米薄膜的一种纳米製造技术，可用于纳米积体电路用硅基半导体材料、纳米半导体结构: 器件的加工与製备。

束流强度比例喷射到加热的衬底表面，最终与表面相互作用进行单晶薄膜的外延生长。各喷射炉前的挡板用来改变外延膜的组分和掺杂。根据设定的程式开关挡板、改变炉温和控制生长时间，则可生长出不同厚度的化合物或不同组分比的三元、四元固溶体以及它们的异质结，从而製备出各种超薄微结构材料。

必须重视和大力开展纳米器件, 尤其是纳米电子器件和纳米光电子器件的研究工作。白春礼院士曾经指出“ 纳米器件的研製水平和套用程度是我们是否进人纳米时代的重要标誌” , 并指出“ 中国必须重视纳米器件研製和纳米尺度的检测和表征的研究工作” 。根据自前我国纳米技术发展的现状, 必须大力倡导开展纳米器件, 尤其是纳米电子器件和纳米光电子器件的研究、开发和套用方面的工作。因为纳米电子器件和纳米光电子器件的研究是纳米技术和信息( 电子信息和光电子信息) 技术两大技术的支点, 对经济和整个科学技术起着至关重要的作用。

在纳米电子器件和纳米光电子器件研究和开发方面, 除了加强对RTD 和SED 等纳米电子器件以及纳米雷射器、纳米红外光电探测器、纳米光电积体电路等纳米光电子器件的研究外, 还必须及时地大力开展关于分子电子器件的研究工作。在国际上,美国和日本非常重视分子电子学的研究。世界十大科技进展就报导了美国研製出分子电晶体的讯息,即贝尔实验室用单一的有机分子製造出了世界上最小的电晶体, 这就是分子电子器件。这类用化学有机合成的方法製造电子器件比用EB,MSE等技术製造RTD、SED 可大幅度降低成本, 且适宜大规模生产。应该呼吁化学家、电子学家和光电子学家紧密结合起来, 共同开展对分子电子器件的研究。

有效地组织国内有关纳米技术研究部门, 尤其是纳米器件研究单位, 集中技术力量, 瞄準纳米器件中的关键技术、重点问题, 避免研究内容的重複, 儘快取得源头创新的成果。希望纳米科技指导协调委员会能充分、具体地了解国内纳米器件研究单位的实际情况, 调动各个单位研究的积极性, 注重培养纳米技术人才, 谁具有顶尖管理和纳米人才, 谁就掌握了未来纳米高科技的制高点。