電子世界繼續(xù)證明摩爾定律是錯(cuò)誤的，因?yàn)殡S著突破性的設(shè)備越來(lái)越小，為了跟上下一代精密設(shè)備的步伐，工程師和開(kāi)發(fā)人員仍然受制于一個(gè)組件的尺寸：晶體管。

　　晶體管是 IC 之所以能成為IC的主要原因之一。為了發(fā)現(xiàn)替代品，研究人員冒險(xiǎn)進(jìn)入納米世界。

　　用于電子設(shè)備的納米線的一些示例

　　在本文中，我們探討了從 3D 納米線結(jié)構(gòu)到鍍金，再到銀的納米線，我們縮小到納米級(jí)，以研究最近關(guān)于納米線的研究及其對(duì)靈活、精確和小型化電子產(chǎn)品的推動(dòng)。

　　納米線架構(gòu)：一種新型晶體管

　　在此之前，納米線是一種具有納米級(jí)直徑的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，自 1990 年代初以來(lái)一直是研究興趣。

　　這些納米線可以很容易地集成到電子、熱電、光伏、機(jī)械和光學(xué)應(yīng)用中。研究表明，由于能量密度，納米線架構(gòu)可以提供大量功率。以挪威科技大學(xué) （NTNU）最近發(fā)布的聲明為例，該聲明聲稱可以使用納米線改進(jìn)太陽(yáng)能電池。

　　另一個(gè)研究地點(diǎn)來(lái)自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）。EPFL 因其是世界上最著名的自然科學(xué)和工程研究型大學(xué)之一而廣為人知。

　　大學(xué)內(nèi)是技術(shù)研究所，科學(xué)家瓦萊里奧·皮亞扎（ Valerio Piazza ） 領(lǐng)導(dǎo)半導(dǎo)體材料實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室專注于納米級(jí)半導(dǎo)體，最近分享了有關(guān)創(chuàng)建由新納米線形式構(gòu)建的新 3D 架構(gòu)的新聞。

　　具有獨(dú)特圖案的垂直和水平納米線網(wǎng)絡(luò)的原子水平視圖，可增強(qiáng)設(shè)備的電氣性能

　　Piazza 和他的同事寫了幾篇文章，通過(guò)在基板表面蝕刻納米導(dǎo)體來(lái)創(chuàng)建不同的圖案，進(jìn)一步探索納米線。

　　這些水平納米線由鎵、鋁、銦、氮、磷和砷等III 族和 V 族原子組成，它們有助于構(gòu)成電流網(wǎng)絡(luò)。

　　然而，阻礙納米線商業(yè)設(shè)備可擴(kuò)展性的原因在于材料特性和所需設(shè)備之間的權(quán)衡。

　　納米線的 3D 幾何形狀、電結(jié)的摻雜變化在暴露于某些情況（例如外部熱、光或濕氣）時(shí)會(huì)發(fā)生變化。這一挑戰(zhàn)就是為什么他們對(duì)摻雜挑戰(zhàn)的研究討論了替代方法，這些方法表明核殼狀涂層可以覆蓋納米線結(jié)構(gòu)，以確保電性能不會(huì)隨著時(shí)間的推移而減弱。

　　盡管該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量研究，但仍需要進(jìn)行更多研究，因?yàn)?3D 架構(gòu)尚未縮小特定方法的范圍，從而為半導(dǎo)體制造商帶來(lái)最佳成本效益路線。

　　然而，好消息是 Piazza 的水平納米線可以與當(dāng)前晶體管的 10 nm 尺寸相匹配，但納米線結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生更好的整體電氣性能。

　　除了這一發(fā)現(xiàn)，Piazza 還獲得了 2020 年 Piaget Scientific 獎(jiǎng)的認(rèn)可和資助，以幫助使用納米線和納米結(jié)構(gòu)“使晶體管超越其飽和點(diǎn)”。

　　隨著EPFL對(duì)納米線技術(shù)的研究，寺崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所（TIBI）的另一批研究人員也在努力尋找創(chuàng)新方法來(lái)改進(jìn)納米線技術(shù)。

　　研究人員開(kāi)發(fā)出具有鍍金外殼的銀納米線

　　精密設(shè)備是一種需要高分辨率掃描探針顯微鏡才能在原子水平上清晰可視化表面的技術(shù)。

　　這些設(shè)備通常用于觸摸屏手持設(shè)備的特定傳感器和可穿戴生物傳感器，用于監(jiān)測(cè)我們血液中的化學(xué)水平、肌肉運(yùn)動(dòng)、呼吸和脈搏率。

　　制造這些精密設(shè)備的傳統(tǒng)方法包括收集電極，這些電極已在玻璃或陶瓷基板上施加了導(dǎo)電材料的薄涂層。這種方法使電極易碎且不靈活，使其難以制造。

　　TIBI 的科學(xué)家們希望開(kāi)發(fā)出一種替代品，他們堅(jiān)信最好的替代品來(lái)自銀納米線。

　　納米線的吸引力來(lái)自很多方面，例如導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和柔韌性。納米線的獨(dú)特之處在于其直徑為千分之一毫米，并且結(jié)構(gòu)在各種橫截面形狀中具有延展性。添加更高的導(dǎo)電性，納米線現(xiàn)在是柔性電子產(chǎn)品和精密設(shè)備的潛在更好選擇。

　　鍍金納米線在高分辨率掃描圖像方面取得了很好的效果

　　由于存在由熱、光和濕氣引起的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，納米線尚未完全進(jìn)入商業(yè)用途。這種腐蝕可能發(fā)生在納米線表面的蝕刻中，影響電氣、機(jī)械和光學(xué)特性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)熔化。

　　TIBI 研究人員提出了在導(dǎo)線周圍添加保護(hù)殼的想法，即在銀納米線周圍添加超薄殼以提高穩(wěn)定性并防止腐蝕。

　　研究團(tuán)隊(duì)選擇黃金作為外殼，因?yàn)樗梢猿惺軣崃俊⒐饩€和水分。然而，當(dāng)帶電的金原子與銀發(fā)生反應(yīng)并在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生孔隙時(shí)，將金放置在銀納米線上會(huì)產(chǎn)生潛在的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，TIBI 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的化學(xué)物質(zhì)可以與帶電的金原子相互作用，以抑制任何孔洞或孔隙的形成。

　　TIBI納米線項(xiàng)目第一作者朱揚(yáng)志，博士。得知研究人員團(tuán)隊(duì)已經(jīng)解決了納米線結(jié)構(gòu)遇到的主要挑戰(zhàn)，對(duì)此表示欣慰。他提到他們?cè)噲D考慮納米線面臨的盡可能多的挑戰(zhàn)。他們希望，這種對(duì)減少錯(cuò)誤的關(guān)注將有助于設(shè)計(jì)一種有效的方法來(lái)提高基于銀納米線的設(shè)備的耐用性。

　　當(dāng)暴露在空氣中時(shí)，TIBI 繼續(xù)進(jìn)行銀未涂層納米線和金涂層納米線的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，未涂層納米線在幾天內(nèi)損壞，而金涂層納米線則持續(xù)了 6 個(gè)月。

　　盡管這只是最近的兩個(gè)研究項(xiàng)目，但納米線世界仍在努力尋找更好的商業(yè)化方法。看看這項(xiàng)技術(shù)有多大進(jìn)步，以及它是否最終可以從研究中采取更強(qiáng)有力的措施進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用，這將是一件有趣的事情。