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发信人: ZhouYu (遥想公瑾当年), 信区: other
标 题: 纳米时代的开拓者——写在北大纳米科学与技术中心成�
发信站: 听涛站 (Thu Nov 2 18:37:07 2000), 转信
纳米时代的开拓者——写在北大纳米科学与技术中心成立三周年之际
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1997年2月，一封由两院院士王大珩、师昌绪、陈芳允起草的有关将纳米电
子学基础研究作为重点项目的建议书，摆在了国家科委主任宋健和国家基金委主任
张存浩的桌上。北大在纳米单电子元件研究的突出成果引起了国家的重视。
1997年9月27日，北京大学纳米科学与技术研究中心在多方的关注下成立。
三年来，他们利用北大的综合学科的优势，紧紧围绕纳米电子器件的构造这一
中心问题展开艰苦的研究。
纳米科技把握下一世纪的“钥匙”
1996年在美国旧金山召开的电子学研讨会上，与会者指出，在2011年，
微电子元件的尺寸将达到极限（0.08μm）。纳米电子器件将登上历史舞台。如果说微
电子技术是20世纪的科技制高点的话，下一个世纪，纳米无疑将成为最亮丽的“新星
”。
著名科学家钱学森在给北大纳米中心主任吴全德院士的信中写到，“纳米科学技术将
会
带来又一次产业革命，就如现在信息技术正在推动第五次产业革命”。
如何把握纳米技术的关键，就在于制备出纳米数量级的电子元件，掌握超高密度
的信息存储技术。而北大纳米中心通过化学、物理、电子、生物、微电子的多学科交
叉
，在超高密度信息存储材料、纳米器件的组装和自组装、纳米结构的加工、短单
壁碳纳米管的结构和电子学特性研究、近场光学显微技术、纳米尺度的生物研究以
及微电子机械加工技术方面都取得了可喜的成果。特别是中心的彭练矛研究组发现
了0.33nm级别的单壁碳纳米管。这个结果低于1992年日本学者给出的0.4nm的理论
极限值。纳米中心的成绩已经得到了世界学术界的承认。
单壁碳纳米管——纳米大厦的“基石”
正如以半导体为核心的集成电路，构成了微电子时代的基础。将来的纳
米电子器件的基本构件又是什么呢？1991年，Iijima博士发现CNTs（ 寄 米管）以来
，
它的优越的性能引起了科学家们的极大的兴趣，它被认为是纳米电子器件的基础。
要搞纳米电子器件，不可能回避碳纳米管。从无到有，北大纳米中心已经走到
该项研究的前沿。
化学学院的顾镇南教授组用电弧法制备了单壁碳纳米管，然后进行氧化、提纯，
制成短单壁碳纳米管胶体。在此基础上，电子学研究室将其组装在晶态金属表面上，
并在室温下测量了世界上首次用范氏力站立的单壁碳纳米管的电学特性和场致电子
发射特性，获得单根碳管的发射稳定在2μA的结果。2000年，彭练矛研究组用电子
束轰击单壁碳纳米管，发现了Ф 0.33nm的 寄 米管。这比目前报道的最小的碳
纳米管（Ф 0.5nm）还要小。彭练矛教授还从该 寄 米管上侧向垂直生长形状，
得出了纳米电子器件的“T”型模型。这种“T型结”与纳米点、纳米线构成的
“隧道结”一起，可能成为替代微电子p-n结的两种纳米电子学的基本结构。竖立
起来的单壁碳纳米管本身也可用于显示屏的开发、制备场发射器件和改进扫描探针。
单壁碳纳米管很短时，出现的负电阻效用，也引起了科学家们的兴趣。
刘忠范教授率领的化学研究室则在单壁碳纳米管的化学操纵方面做出了瞩目的成
果
。通常制备的碳纳米管呈杂乱无章、相互缠绕的纤维状结构。他们利用化学方法将裁
剪
后的 寄 米管组装在基底的表面，形成高度有序、高度取向的纳米管阵列。对 寄擅�
管的化学组装是世界上的首次尝试。该技术对于 寄 米管的进一步研究� 供了良好的
条件。可控的化学组装还将有利于构建 寄 米管基单电子器件。
把美国国会图书馆的藏书刻在巧克力大小的尺寸上
也许，在十年前没人相信在一张小小的光盘上能存下一部百科全书。然而，
今天的纳米科学家们告诉你，他们能使美国国会图书馆的书籍刻在巧克力大小的材料
上。
让全世界的人们认识到这一惊人结果的，正是中国的纳米科学家们。北大电
子学系、化学学院、中科院真空物理研究室，选择给体/受体有机复合薄膜为研究重
点，并已经研究出记录1.3nm点的薄膜材料，联合合成的NBPDA有机分子已经有良好的
性
能。这些材料被美国能源部誉为21世纪的信息存储材料。
北大纳米化学研究室承担的攀登计划B计划也取得了可喜的成绩。他们研制了基
于热化学气化分解原理的STM存储技术，设计了一类双组分复合材料TEA/TCNQ。他们记
录了无堆积物极为漂亮的大面积信息点阵，最小信息点达8nm。该技术具有信息写入的
可
靠性、稳定性高，可实现大面积高质量的信息写入，与现行光盘技术具有兼容性等优
点，
有很强的应用价值。
鬼斧神工——纳米结构加工技术
著名的唐诗《春晓》被清晰的刻在0.01mm x 0.01mm合金薄膜上。这不是什么微雕
艺
术家别出心裁的杰作，而是北大纳米化学研究室的科学家们用他们开发的多功能SPM探
针
同步控制系统创作的“艺术品”。
对于硅表面的刻蚀使微电子集成电路走上了大生产的道路。那么，下一时代的大
生产技
术又是什么呢？目前，实验室所用的单原子制作，显然是不能用于大生产线的。纳米
化学
研究室的研究人员利用纳米尺度的刻刀——STM、AFM对合金表面进行加工。他们设计
的多
功能SPM探针同步控制系统，实现了任意外部输入信息的编码的写入。该系统将输入信
息转
换成一系列的编码电脉冲，用以精确地控制SPM探针的动作，可以加工各种纳米结构。
他们还
发明了以纳米粒子为掩膜的AFM局域氧化技术。他们首先用化学组装方法，将金纳米粒
子通过
自组装单分子膜组装到硅表面，然后利用导电AFM在针尖与样本之间施加一定大小的脉
冲电压
对样本进行氧化。由于掩膜的存在，氧化只能在纳米粒子的间隙进行。通过化学刻蚀
除去生
成氧化物，即可得到规则的纳米结构。由于不是逐点氧化，加工时间较短。掩膜纳米
点的可
控制，为制备各种尺寸的纳米结构提供了可能性。
微电子机械系统研究室在微机电系统（MEMS）的加工技术和制作方面也取得漂亮
的成果
。他们开发的表面加工工艺和成套加工技术，都在实际生产中显示了很强的实用性。
他们
的硅深槽刻蚀技术，已能深度刻蚀一个手指的槽。他们研制的微光机械开关如果用于
通信将大大降低目前光电转换的成本。REMEMS器件可变电容则对手机、雷达性能的突
破性改进，有重大意义。
STM——展开21世纪的科技大门
STM——展开21世纪的科技大门
显微镜的发现，使人们的视野深入到细胞的层次。这是人类认识世界和改造世界
的革命。
1981年，Binnig和Rohrer发明了STM，又一次使人类具有了对原子进行直接操纵的手段
。纳米的
研究正是在原子、分子体系层面的研究。拥有我们自己的高性能的STM是摆在我国的纳
米工作者
面前的一个紧迫的问题。
三年来，北大介观物理研究室在近场光学显微领域付出了卓绝的努力。他们建立
了完整的超
过衍射极限的近场光学显微—近场光谱与常规光学显微联用系统，研制成功了国内唯
一的低温
扫描近场光学显微系统。目前，他们已经建成国内第一个功能齐全、设备齐全的近场
光学研究
光学研究
基地。他们还采用时域有限差分法（FDTD），从理论上研究了近场区域内电磁场的分
布。
在完备的系统支持下，他们和其他研究室合作进行了研究。近场光学组利用反射
式近场光
学显微技术，获得了微盘发光模式的重要信息。通过改进制备DNA样本的方法，用原子
力显微镜
观察到了λDNA的结构特征。为下一步研究DNA和其它大分子的荧光性质研究打下了坚
实的基
础。他们与纳米生物研究室合作对癌细胞的结构进行了分析。杨威生教授研究组对下
一世纪
的重要材料——锗进行观测，发现了全部锗的稳定高指数表面，并提出了他们的原子
结构模型。
中国在微电子发展方面已经落后了。越过微米时代，直接开发纳米技术，将有助
于
下一世纪我国的综合国力快速增长。为此，北大的纳米科学家们在奋斗着。（姚骏）
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周瑜将小乔揽于怀，颇为自豪地，“登台号令威严，跃马勇冠三军；上能报君侯知遇之厚
恩，下可荣妻荫子。吾平生之愿足矣……”小乔：“妾平素敬爱将军才华，但愿能建立千
古功业，妾与儿女也觉得荣耀万分……”小乔说着，将头贴在丈夫胸上。周瑜紧紧拥抱自
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