奈米科技与产业导论石川正道.PPTVIP

奈米科技與產業導論 石川正道 奈米科技概論 Chap1.科學與技術融合的時代 ◆奈米科技的誕生是由2O世紀眾多科學累積所造成的結果。 ◆量子力學已經滲透進固體物性論： 發現了去氧核糖核酸(DNA)，在分子生物學和奈米生物學上有所進展 ◆樹立了非平衡熱力學，對於自行組織、自行組合化現象(Self-assembly and self-organi-zation)的理解也已經普及等等。 1.科學與技術融合的時代 ◆在技術層面上，自發明電晶體後，己經陸續發展出微電子學、原子分子操作技術、超微細加工技術。 ◆所謂的奈米科技 ●奈米(nanometer)是表示十億分之一米(10-9m)的大小，所以可說奈米科技是十億分之一大小的技術，也就是以超微細的東西作為對象的技術。 ●地球的直徑大概是1萬3千公里，其直徑的十億分之一 就大 概是 1.3公分，大概相當於玻璃球的大小 1.科學與技術融合的時代 ●倘若要製作一個地球般大小的東西時，奈米技術能夠使我們以玻璃球的單位開始製作。把日常的尺寸縮小到十億分之一的大小，它的大小就到達原子、分子的大小。 奈米科技也就是一項操縱原子、分子的技術 (圖1.1)。 1.科學與技術融合的時代 奈米科技技術革新的本質 ●奈米科技是如何改變人們的生活呢? 1990年代在日本被稱之為失落的 10年。但是在科學技術的層面上，90年代是日本企業在嶄新技術上播種的重要10年。 ●這段期間日本在電子、汽車方面，建立了壓倒性的產業競爭力，贏得世界豔羨的眼光。對日本的技術革新而言，奈米科技無疑地更是匯集目光焦點的不二目標。 ●奈米科技涉及的對象有多媒體、網際網路、數位播放，而這些都足可普及至社會大眾所需的必要技術，而且在追求環保、節約能源、舒適生活的目標上：奈米科技更是必經的關卡，日本企業已經在不知不覺的情況下取得奈米科技的基礎技術。 物理學的進步 ●20世紀的技術革新是建立在各種電子性質的發現，以及控制這些性質的電子學的進步上。與奈米科技關條最密切的電子學技術革新自然是電晶體的發明。 ●在發明電晶體之前，一直都是在真空管裏控制電子。但是真空管很佔空間，而且要加熱電極才能發射電子，所以會產生相當高的熱量，這使得真空首相當難以積體化。 ● ENIAC（電子數值積分器及計算機)，是已知的早期電腦。它不光只是具有現在電子計算機程度的功能，而且還有著佔據建築物一層樓面的規模。因為發明電晶體，而使得在固體中到處移動的電子性質為人所知。實際上比起在真空中，電子在固體裡的作用更大。 物理學的進步 ◆電晶體這項發明獲得了 1956年的諾貝爾物理 學獎。之後既可以製出大的半導體單晶，也 可以在晶體上進行積體化，使得積體電路得 以普及，發明電晶體以後，物理學者都狂熱 地研究固體中的電子。 ◆江崎玲於奈的穿隧二極體、半導體雷射、高 溫超導物質，白川英樹的導電性高分子等， 產生了許許多多與現代相關的發明和發現， 這種技術革新的基礎是電子呈現的量子物 性。量子物理學就是用這種方式自然地溶入 技術中，這種技術革新很完整地轉移到後續 的奈米科技中(圖1.2)。 物理學的進步 美國奈米科技戰略 ◆美國的世界技術評估在1999年公佈了對世界奈 米科技現況的調查報告書，他們訪問調查了日 本、德國、台灣、英國等約 10國的著名研究組織，詳細分析各國在何種主題上有何種程度的研究水準。 ◆其中在日本調查了大學、國立研究所、企業等 總共19個地方，相較於在其他國家僅調查約數 個地方，日本占了相當大的比重。 美國奈米科技戰略 ◆根據評估結果顯示，歐美強於奈米科技的基 礎科學，而日本強於裝置、複合材料與應用技術，而且可以看出日本在基礎領域上也緊追於歐美之後。 ◆在瞭解這個結果後，美國前總統柯林頓在2000年的年初諮文中提出了國家奈米科技戰 略。在柯林頓的奈米科技戰略中，將奈米科技界定為在奈米層級下操作、移動的技術，而且是必須長期致力於基礎奈米科學與奈米工學兩方面的強勁技術 (表1．1) 美國奈米科技戰略 摩爾(Moore)法則 摩爾(Moore)法則 因為網際網路的普及，擴大了IT革命的需求 在2015年時，有人預測摩爾法則會產生破綻，也就是說．在加工尺寸的微小化上．有著稱為奈米障壁的界限存在． 這是因為裝置的單位變小，接近原子、分子階層，變得無法忽視急速上升的加工價格和微小化所導致的電子振動．而造成了錯誤動作。 以前的半導體製程．是利用光的微影方法在半導體基板上製造積體電路。所以光的波長決定了加工界限，一般認為50奈米是界限所在。但是，在這個層次下實現的資訊通訊量．目到勉強可以開始運行雙向映像流通的階段 (10Mb/s)．如果想達到暢通無阻的層