科學(xué)家利用DNA技術(shù)催生新一代納米級芯片，兼顧功率與成本（圖）

IBM與美國加州理工學(xué)院(California Institute of Technology)的研究人員，正合作利用DNA來將碳納米管、硅納米線(nanowires)等微小零組件，組裝成比現(xiàn)今微影技術(shù)可達(dá)到的尺寸小十倍的電路。這種技術(shù)并可望催生速度更快、功率更高，但成本卻更低也更省電的新一代芯片。

根據(jù)一篇已刊登在《Nature Nanotechnology》期刊的論文，這種人造DNA納米結(jié)構(gòu)(nanostructures)與“DNA折紙技術(shù)(origami)”──也就是 將長長的單DNA鏈以較短的“staple strands”方式折疊成某種形狀──可做為在芯片表面上采用其它材料以自組裝(self-assembly)方式制造納米電子組件或納米光學(xué)組件的模板。

這種新技術(shù)是由美國加州理工學(xué)院教授暨資深研究員Paul "W. K." Rothemund所發(fā)明，并由IBM科學(xué)家Greg Wallraff所率領(lǐng)的研究團(tuán)隊將其最佳化。

研究人員指出，制造更小、性能更高芯片的成本不斷攀高，讓半導(dǎo)體業(yè)者轉(zhuǎn)而尋找在硅芯片或其它半導(dǎo)體組件表面建構(gòu)微電路的替代方案。而產(chǎn)業(yè)界在開發(fā)22奈米以下微影技術(shù)、以及利用碳納米管、硅納米線(silicon nanowires)制作新一代晶體管等方面也遭遇挑戰(zhàn)。

IBM所研發(fā)的新方法，是將DNA分子當(dāng)作建筑鷹架(或是縮小的電路板)，讓數(shù)以百萬計的碳納米管能透過被DNA分子黏著，沉積并自組裝成精密的圖案──甚至可達(dá)到次22納米(sub-22nm)微影的水準(zhǔn)。

研究人員是使用電子束微影(electron-beam lithography)與蝕刻制程，在硅或其它半導(dǎo)體材料上制作DNA折紙形狀的“細(xì)胞結(jié)合位置(binding sites)”。該DNA折紙技術(shù)是由加州理工大學(xué)所開發(fā)，能讓單DNA分子在某種溶液中，透過單病毒DNA長鏈與不同合成寡核?酸(synthetic oligonucleotide)短鏈間的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行自組裝。

那些短鏈的作用就像釘書針，能利用互補性的基配對效應(yīng)(base pair binding)將病毒DNA折疊成所需的2D形狀(例如三角形、方形或星形等)，并做為納米組件的附著點；其彼此間隔可小至6納米。

IBM科學(xué)家使用DNA折紙技術(shù)架構(gòu)微小電路板(即圖中的三角形)，并以自動組裝排列在基板上

研究人員表示，目前相關(guān)技術(shù)仍有一些障礙待突破，至少需要五年的時間進(jìn)行制程的最佳化，才能正式邁向商業(yè)化階段。