電子裝置微型化的極致

Original publish date:Nov 15, 1999

編輯 CCLo 報導

這是電子裝置微型化的極致：由碳分子組成的管狀裝置﹐其寬度 不大於 DNA 束﹐卻可以導電﹐能夠被彎曲、切斷甚至做到電子線路 當中 — 這種東西被稱為 “carbon nanotubes"。現在美國的物理學家 發表論文指出他們可以將 “carbon nanotube" 做入真正的電子線路中。

Carbon Nanotubes@wikipedia

自從 carbon nanotube 在1991年被發現以來﹐其在微型線路中的 應用已被科學家吹噓了很久。這樣的想法導因於" carbon nanotube “的結構和石墨一樣﹐既然石墨可以導電﹐"carbon nanotube" 也應該 可以導電。理論計算亦證實有些 “carbon nanotube “可以像金屬 線一般導電。

目前積體電路是以矽為基礎﹐標準的蝕刻技術可以將元件做到最小約 0.2 微米（10^-6m)﹐而" carbon nanotube" 比這個還小 一百倍。問題是﹐在製造時要如何精確的控制這些 nanotuge 的位置？

去年﹐史丹佛 (Stanford Univ.) 大學的研究人員發展了一套方法： 他們直接將 nanotube 藏在電子元件的金屬電極上 ( Nature 359, 878 (1998)) 。Nanotube 可以在富含碳的蒸汽中生長﹐就像冬天的冰柱凝結 一樣﹐不過史丹佛的人用催化劑來加速 nanotube 的生長。

現在﹐賓州大學 (Univ. of Pennsylvania) 的 Alan Johnson 與同事們 在最近一期的 Applied Physics Letters ( App. Phys. Lett. 75, 3014 (1999)) 中發表一篇論文表示他們可以用已經做好的 nanotube 來組合 電路。他們使用的工具是原子力顯微鏡 (Atomic force microscope, AFM) 。 AFM 最早是被用來觀察原子尺度的表面結構﹐而後來也被發現可以用來移動 物體表面的分子。

Johnson 等人使用 AFM 將一個 nanotube 交疊在另一個 naotube 上﹐ 把他們切短﹐再掃去不用的部份﹐然後研究交疊區的性質。他們發現 這個交疊區的電性就像是所謂的 tunnel junction 一樣。在tunnel junction 中電子會從一個導體中漏出﹐穿過非良導體區然後到另外 一個導體上。他們認為這是因為上面的 nanotube 變形造成結構 的破壞導致局部區域的導電性降低。

利用這種交疊方法﹐研究人員可以改變 nanotube 的電性﹐也因此可以 製造出微小的電子裝置。如果我們可以找到更容易控制的方法來製造 nanotube 的交疊﹐也許不久後我們可以看到微電子裝置縮小到 分子尺度﹐而且以碳為基礎而非矽。

參考來源：

• Nature science update (11/12/99)

相關連結：

• Nature science update (11/01/99)