科学家们很久以来就有一个梦想,就是自动创造原子级的精密三维结构。现在,这样的制造环境即将走进现实,可以把每一个原子放在适当位置。说这话的是一位顶级科学家,他所在的公司正在研制的工具,就瞄准了这一雄心勃勃的目标。
约翰·兰达尔(John Randall)是兹威克斯实验室(Zyvex Labs)副总裁,在德克萨斯州理查德森市。他说,他的研究人员演示了一项技术,就是采用扫描穿隧显微镜末端移除防护性的表层氢原子,是从硅上移除,一次移除一个,随后,把单原子层的硅只是加到这些精心移空的区域。兰达尔描述这项成果就是在今天讲的,是在数字音视频编解码技术标准(AVS)第57届国际研讨及展览会是讲的,这次会议是在本周举行的,就在新墨西哥州阿尔伯克基(Albuquerque)会议中心。
到目前为止,兹威克斯实验室的研究人员演示的,是每秒移除50个氢原子。但凭借经验和创新能力,兰达尔预测,会大大提高这一速度,这一速度是一个限制因素。
“有很多途径可提速,包括并行性技术,”他说。“一千倍的增速也很容易实现。”
兰德尔预计,七年内,兹威克斯实验室就将出售初级生产工具,它移除一百多万个氢原子只需要一秒,使用的是10个并行末端,成本大约是每2000美元可增加一立方微米硅(包括48亿个原子)。
有些应用将获益最大,原因就是有了微小的、原子级精密结构,这些应用包括纳米孔薄膜,量子位结构的量子电脑,以及纳米测量标准。大规模的应用,比如纳米压印模板,就需要进一步提高性价比,才能成为经济可行的。
兹威克斯的工序目前的应用仅仅是在硅表面,这一表面通常都涂上一层氢原子,氢原子会束缚于任何裸露的硅原子。这个过程有两个步骤:首先,在一个超真空管中,扫描穿隧显微镜瞄准移除单个的氢原子,移空的那些位置,只是有另外的硅稍后要添加上去。第二,引入硅化氢气体。一个单层分子会附着于任何裸露的无氢硅原子。经处置后,气体被去除。这一过程可再次重复,以制成尽可能多的产品,这种产品就是三维分层的原子纯化硅,这就是需要的。
精微制造装配每个原子
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