精微製造裝配每個原子

科學家們很久以來就有一個夢想，就是自動創造原子級的精密三維結構。現在，這樣的製造環境即將走進現實，可以把每一個原子放在適當位置。說這話的是一位頂級科學家，他所在的公司正在研製的工具，就瞄準了這一雄心勃勃的目標。


固態晶體中的原子排列
來源：茲威克斯實驗室
約翰蘭達爾（約翰蘭德爾）是茲威克斯實驗室（Zyvex公司實驗室）副總裁，在德克薩斯州理查德森市。他說，他的研究人員演示了一項技術，就是採用掃描穿隧顯微鏡末端移除防護性的表層氫原子，是從矽上移除，一次移除一個，隨後，把單原子層的矽只是加到這些精心移空的區域。蘭達爾描述這項成果就是在今天講的，是在數字音視頻編解碼技術標準（AVS）的第57屆國際研討及展覽會是講的，這次會議是在本週舉行的，就在新墨西哥州阿爾伯克基（Albuquerque的）會議中心。

到目前為止，茲威克斯實驗室的研究人員演示的，是每秒移除50個氫原子。但憑藉經驗和創新能力，蘭達爾預測，會大大提高這一速度，這一速度是一個限制因素。

“有很多途徑可提速，包括並行性技術，”他說。“一千倍的增速也很容易實現。”

蘭德爾預計，七年內，茲威克斯實驗室就將出售初級生產工具，它移除一百多萬個氫原子只需要一秒，使用的是10個並行末端，成本大約是每2000美元可增加一立方微米矽（包括48億個原子）。

有些應用將獲益最大，原因就是有了微小的，原子級精密結構，這些應用包括納米孔薄膜，量子位結構的量子電腦，以及納米測量標準。大規模的應用，比如納米壓印模板，就需要進一步提高性價比，才能成為經濟可行的。

茲威克斯的工序目前的應用僅僅是在矽表面，這一表面通常都塗上一層氫原子，氫原子會束縛於任何裸露的矽原子。這個過程有兩個步驟：首先，在一個超真空管中，掃描穿隧顯微鏡瞄準移除單個的氫原子，移空的那些位置，只是有另外的矽稍後要添加上去。第二，引入矽化氫氣體。一個單層分子會附著於任何裸露的無氫矽原子。經處置後，氣體被去除。這一過程可再次重複，以製成盡可能多的產品，這種產品就是三維分層的原子純化矽，這就是需要的。