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科學家利用DNA技術催生新一代奈米級晶片

上網時間: 2009年08月19日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:DNA技術  奈米  晶片 

IBM與美國加州理工學院(California Institute of Technology)的研究人員,正合作利用DNA來將碳奈米管、矽奈米線(nanowires)等微小零組件,組裝成比現今微影技術可達到的尺寸小十倍的電路。這種技術並可望催生速度更快、功率更高,但成本卻更低也更省電的新一代晶片

根據一篇已刊登在《Nature Nanotechnology》期刊的論文,這種人造DNA奈米結構(nanostructures)與「DNA摺紙技術(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──可做為在晶片表面上採用其他材料以自組裝(self-assembly)方式製造奈米電子元件或奈米光學元件的模板。

這種新技術是由美國加州理工學院教授暨資深研究員Paul "W. K." Rothemund所發明,並由IBM科學家Greg Wallraff所率領的研究團隊將其最佳化。

研究人員指出,製造更小、性能更高晶片的成本不斷攀高,讓半導體業者轉而尋找在矽晶片或其他半導體元件表面建構微電路的替代方案。而產業界在開發22奈米以下微影技術、以及利用碳奈米管、矽奈米線(silicon nanowires)製作新一代電晶體等方面也遭遇挑戰。

IBM所研發的新方法,是將DNA分子當作建築鷹架(或是縮小的電路板),讓數以百萬計的碳奈米管能透過被DNA分子黏著,沉積並自組裝成精密的圖案──甚至可達到次22奈米(sub-22nm)微影的水準。

研究人員是使用電子束微影(electron-beam lithography)與蝕刻製程,在矽或其他半導體材料上製作DNA摺紙形狀的「細胞結合位置(binding sites)」。該DNA摺紙技術是由加州理工大學所開發,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)短鏈間的化學反應進行自組裝。

那些短鏈的作用就像釘書針,能利用互補性的基配對效應(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),並做為奈米元件的附著點;其彼此間隔可小至6奈米。


IBM科學家使用DNA摺紙技術架構微小電路板(即圖中的三角形),並以自動組裝排列在基板上

研究人員表示,目前相關技術仍有一些障礙待突破,至少需要五年的時間進行製程的最佳化,才能正式邁向商業化階段。

參考原文

˙ IBM looking to use DNA scaffolding for next gen chips (John Walko)

˙ IBM harnesses DNA to pattern nanoscale circuits (R. Colin Johnson)





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