随着传统微电子器件尺寸不断缩小,进一步减小导线尺寸的需求变得愈发明显。然而,对金属导体性质的研究表明,CNT的特定结构和电流承载能力[1]将实际导线的最小直径尺寸限制在3nm左右(见本书第15章)。而人们正在研究直径在3nm以下的纳米电气连接,它是由单金属原子排列而成的,即量子线。量子线可通过机械打断的方法[2]、结合机械打断与刻蚀和沉积技术的方法[3]或其他技术来实现。尽管我们对量子线性质的认识还仅停留在理论层面上[4],有一点却是毫无疑问的,即量子线是即将到来的分子电子学中封装问题值得考虑的解决方案[5]。本章将集中讨论直径从10nm至亚微米之间的金属导线和金属棒,人们已经认识到了它们在微电子封装中的应用潜力。所以,金属线和金属棒的产生、表征、处理等技术及它们与磁场的相互作用,将在纳米时代的封装应用中起重要作用。由于可用信息十分丰富,本章将着重回顾和讨论研究的总体趋势和起点,以便于更深入的研究。需要注意的是,虽然引用的参考文献很具代表性,但它们并不完整,因为许多研究还正在进行当中。这些研究旨在通过不同材料来生成新型线状纳米几何构型,并对其特性进行刻画。
纳米线在封装中的具体应用主要是互连生成、传感器、光电子学等领域。根据对导线的一般理解,很容易把纳米线想象成圆柱状的导线束:直径小于100nm,理想上无限长,至少是很长的。那是由于普通导线是通过对金属棒进行拔丝操作而获得的,但纳米线不能通过拔丝的方法制造,也不一定由单一金属或材料组成。当然,通过扫描隧道显微镜的悬臂针尖启动链式聚合反应,能够以拔丝形式生成电子线路中的导电聚合物纳米线[6]。
尽管,有的参考文献会经常把棒状胶质结构称作纳米线,但其实它们更应该被称为纳米棒或是针状纳米晶体。如果它们由金属组成,正规的文献都会把这类结构称作纳米线。然而,我们将注意力都集中在金属线和金属线状结构上,无论它们是作为支柱固定在固体基板上,还是呈刷状,抑或是呈菌苔状结构,我们都把它们称作纳米线。超分子线状几何构型,比如原肌球蛋白纤维,在本章中称作分子纳米线,其长度和直径可通过调整Na+或是Mg2+的浓度来控制[7]。脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Aid,DNA)也能形成分子纳米线[8],它们能被用作模板来产生真正的金属纳米线(见后文)。尤其不同于传统电子工程,本章把呈线状几何结构的电荷转移复合材料也称作纳米线。这样的超分子纳米线,如通过离子自组装生成的卟啉(porphyrin)纳米线,很有可能应用在微电子装置中。这是因为它们具有其光催化作用[9],并因光催化作用而具有的可转换性。然而,这些纳米线已超出现有的研究领域。
如果分子纳米线主要是较短的结构,其长度很少达到微米尺度,而CNT的长度甚至可以达到毫米尺度,所以CNT同样适用于微电子封装。CNT已经用于逻辑电路晶体管器件、场发射结构和贯通孔[10-15]等结构之中。(www.xing528.com)
纳米线和纳米管可用硅、GaN等半导体材料制造。由于这些材料与微电子器件的制造材料相近,纳米线和纳米管在未来复杂的微电子应用中将显得更为重要[16,17]。近来,人们研究了纳米线和纳米管的合成技术,把它们整合到传统的平面技术(例如通过超晶格纳米线造型转化)[18],以及这种整合的应用前景[19-22]。
除这些材料之外,其他纳米线都是由各种氧化物及多元素氧化物成,如ZnO。当这类纳米线吸收分析物时,其电导率会发生变化,而且这种变化能够准确地测量,因此这种纳米线对传感器等应用更为重要[23]。
本章也包含了作者在菌苔状金亚微米线的制备、表征和应用等领域的研究成果,以分享纳米封装研究的激动。它可用于连接通常毫无关联的技术领域,如低温连接、电子器件与生物细胞的接口技术。
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