科技日報記者 劉霞
美國哥倫比亞大學工程學院和布魯克海文國家實驗室科學家攜手，利用DNA分子自組裝技術(shù)，首次實現(xiàn)了三維納米電子器件的自主構(gòu)建。相關(guān)研究論文3月28日發(fā)表于《科學進展》雜志。
從二維到三維能顯著增加電子產(chǎn)品的密度和計算能力，這一新工藝也有助于開發(fā)受大自然啟發(fā)的人工智能系統(tǒng)。例如，模仿人腦天然三維結(jié)構(gòu)的電子器件，在運行模仿人腦的人工智能系統(tǒng)的效率有望優(yōu)于二維架構(gòu)。
現(xiàn)有電子制造工藝如同精密切割鉆石，可通過電子束在材料表面逐層雕刻出電路。然而，這種自上而下的方式不僅耗能巨大，而且在堆疊多層結(jié)構(gòu)、創(chuàng)建復雜結(jié)構(gòu)，并以經(jīng)濟高效的方式制造三維器件時，良品率會斷崖式下跌。
受DNA折紙技術(shù)的啟發(fā)，研究團隊開發(fā)出一種可擴展的納米制造技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合了自下而上和自上而下的方法，可在金微陣列上選擇性生長三維DNA框架，從而制造出三維納米結(jié)構(gòu)電子器件。DNA折紙技術(shù)的核心原理是將一條長鏈DNA與設計好的短鏈DNA通過堿基互補配對折疊成目標形狀，形成穩(wěn)定的納米級結(jié)構(gòu)。
研究團隊首先在一塊表面上鋪設金微型方塊陣列，隨后在其上附著短鏈DNA。金陣列錨定DNA折紙框架并促進其在表面特定區(qū)域有序生長，自組裝成三維DNA框架。
接著，他們使用納米級氧化硅涂覆這些DNA框架，并在其間鑲嵌半導體氧化錫，制造出的氧化錫超晶格被集成為光電流響應器件。結(jié)果顯示，這一光傳感器在被照亮時會作出電響應。
研究團隊表示，他們能在硅片上的特定位置放置數(shù)千個這樣的結(jié)構(gòu)，這種可擴展方式將徹底改變制造復雜三維電子器件的方式。他們希望借助這一新方法，使用多種材料制造出更復雜的電子器件。
