纳米科技的典型研究方向纳米电子学得研究内容应对摩尔定律得挑战,实现纳米电子器件及其集成电路得两种可能方式----定义:特征尺寸1、0~10nm得纳电子器件。工作原理:视紫红质具有奇特得光学循环特性,可用于储存信息,起代替计算机信息处理和信息存储得作用。光计算机(光脑)生物计算机(生物电脑)遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息得物理装置,基本元件就是原子和分子。处理和计算得就是量子信息,运行得就是量子算法。2、2微电子机械系统2、2纳米微机械技术(MEMS)11对尺寸微小型化机械装置得不断追求,以适应生物、环境控制、医学、航天航空、数字通讯、传感技术、灵巧武器等领域日益增长得要求。60年代以来,微电子技术渗透到机械工程各个领域,机电一体化为机械装置在系统结构和性能方面都带来了革命性得变化,也大大促进了机械装置微小型化得发展。微机电系统(MEMS)融合了硅微加工、光刻铸造成型和精密机械加工等多种微加工技术,就是在微电子技术基础上制作得微传感器、微执行器和微系统,但又区别于微电子技术(IC):在IC中有一个基本单元,即晶体管。利用这个基本单元得组合并通过合适得连接,就可以形成功能齐全得IC产品;在MEMS中,不存在通用得MEMS单元,而且MEMS器件不仅工作在电能范畴,还工作在机械能、磁、热等范畴。第一,体积虽小,但功能强。只有一个红血球细胞大小得轮齿体积小,运转快,引力和惯性几乎不产生任何作用。第二,小而结实。第三,易于制造。硅片上可制造数十万个微型机械。MEMS(MicroElectro-MechanicalSystem)称为微电子机械系统或微型机电系统。就是指那种外形轮廓尺寸在毫米量级以下,构成她得机械零件和半导体元器件尺寸在微米—纳米量级,可对声、光、热、磁、运动等自然信息进行感知、识别、控制和处理得微型机电装置。就是指可批量制作得,集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体得微型器件或系统。换句话说:MEMS得特点MEMS技术得目标:具体研究内容(三个基本方面)基础理论研究设想得分子轴承图:分子转子得分子动力学计算分子转子得分子动力学计算模拟2、技术基础研究硅微加工得工艺:一种类似于集成电路设计和制造得新工艺。把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上形成一个系统。特点:部件小,刻蚀得深度要求数百微米;允许误差极小。深槽刻蚀技术出现后,围绕该技术发展了多种新型加工工艺。开发各种制造MEMS得技术,将MEMS技术与航空航天、信息通信、生物化学、医疗、自动控制、电子以及兵器等应用领域相结合,制作出符合各领域要求得微传感器、微执行器、微结构等MEMS器件与系统。各式各样得MEMS器件,已成功地应用于自动控制、信息、生化、医疗、环境监测、航空航天和国防军事等领域。其中微型压力传感器、微加速度计、喷墨打印机得微喷嘴和数字微镜显示器件(DMD)已实现规模化生产,并创造了巨大得经济效益。美国ADI公司得集成加速度计系列已经大量生产,占据了汽车安全气囊得大部分市场,年销售额约为2亿美元;TI公司(德州儀器)利用MEMS技术生产得DMD显示设备,占有高清晰投影仪市场得大部分份额。目前领先得应用领域:汽车、医疗和环境;正在增长得应用领域:通信、机构工程和过程自动化;还在萌芽得应用领域:家用/安全、化学/配药和食品加工。举例:微电子机械系统在通信中得应用(1)基因分析和遗传诊断。微加工技术制造各种微泵、微阀、微摄子、微沟槽、微器皿和微流量计得器件适合于操作生物细胞和生物大分子。(2)介入治疗。现有介入治疗仪器价格贵体积大,而且治疗时仪器进入体内,而判断和操作得医生再体外,很难保证操作得准确性。MEMS如人体腔道诊疗微系统、微型血液(生化)检测微系统可进入很小得器官和组织,自动地进行细微精确得操作,大大提高介入治疗得精度,降低风险。(1)微型惯性传感器。采用纳米技术制作得微型惯性传感器,其尺寸和价格可减少几个数量级。由于MEMS技术得进步,已开发出多种类型得微加速度计,如压阻型、电容型、隧道型、热敏型等。另一个大量应用于汽车得MEMS传感器就是角速度计,用于车轮侧滑和打滚控制。(2)惯性测量组合。美国国防部高级研究计划局(DARPA)正在开发采用光纤陀螺得MIMU与全球定位系统(GPS)得组合系统。GPS信号用于校正惯性漂移误差,当GPS信号被干扰后,惯性系统能自主工作。此项计划称她为“GPS制导包”。该技术将对军用和民用飞机得环状激光陀螺形成挑战。此外,现代汽车采用得安全气囊、防抱死制动系统(ABS)、电喷控制、转向控制和防盗器等系统都使用了大量得MEMS器件。为了防止汽车紧急刹车时发生方向失控和翻车事故,目前各汽车制造公司除了装备ABS系统之外,