3 量子电子器件（QED）和以分子原子自组装技术为基础的纳米电子学将带来崭新
的领域
在上节我们谈到的以尺寸不断缩小的硅基CMOS工艺技术，可称之为“scaling down
”，与此同时我们必须注意“bottom up”。“bottom up”最重要的领域有二个方面：
(1)量子电子器件（QED—Quantum Electron Device）这里包括单电子器件和单电
子存储器等。它的基本原理是基于库仑阻塞机理控制一个或几个电子运动，由于系统能
量的改变和库仑作用，一个电子进入到一个势阱，则将阻止其它电子的进入。在单电子
存储器中量子阱替代了通常存储器中的浮栅。它的主要优点是集成度高；由于只有一个
或几个电子活动所以功耗极低；由于相对小的电容和电阻以及短的隧道穿透时间，所以
速度很快；且可用于多值逻辑和超高频振荡。但它的问题是制造比较困难，特别是制造
大量的一致性器件很困难；对环境高度敏感，可靠性难以保证；在室温工作时要求电容
极小（αF），要求量子点大小在几个纳米。这些都为集成成电路带来了很大困难。
因此，目前可以认为它们的理论是清楚的，工艺有待于探索和突破。
(2)以原子分子自组装技术为基础的纳米电子学。这里包括量子点阵列（QCA—
Quantum－dot Cellular Automata)和以碳纳米管为基础的原子分子器件等。
量子点阵列由量子点组成，至少由四个量子点,它们之间以静电力作用。根据电子
占据量子点的状态形成“0”和“1”状态。它在本质上是一种非晶体管和无线的方式达
到阵列的高密度、低功耗和实现互连。其基本优势是开关速度快，功耗低，集成密度高
。但难以制造，且对值置变化和大小改变都极为灵敏，0．05nm的变化可以造成单元工
作失效。
以碳纳米管为基础的原子分子器件是近年来快速发展的一个有前景的领域。碳原子
之间的键合力很强，可支持高密度电流，而热导性能类似于金刚石，能在高集成度时大
大减小热耗散，性质类金属和半导体，特别是它有三种可能的杂交态，而Ge、Si只有一
个。这些都使碳纳米管（CNT）成为当前科研热点，从1991年发现以来，现在已有大量
成果涌现，北京大学纳米中心彭练矛教授也已制备出0．33纳米的CNT并提出“T形结”
作为晶体管的可能性。但是问题是如何去生长有序的符合设计性能的CNT器件，更难以
集成。
目前“bottom up”的量子器件和以自组装技术为基础的纳米器件在制造工艺上往
往与“Scaling down”的加工方法相结合以制造器件。这对于解决高集成度CMOS电路的
功耗制约将会带来突破性的进展。
QCA和CNT器件不论在理论上还是加工技术上都有大量工作要做，有待突破，离开实
际应用还需较长时日！但这终究是一个诱人探索的领域，我们期待它们将创出一个新的
天地。
