国外微电子研究技术与设备创新进展
一、微电子研究出现的新技术
1．发明微电子领域的新算法
⑴开发出检测硅结晶中单个原子缺陷的算法。
2006年4月，富士通研究所和新泻大学组成的研究小组，在《日本物理学会杂志》网络版上发表研究成果称，他们开发出检测硅结晶中单个原子缺陷的算法，就是指在－272.5℃的超低温下，向硅结晶照射超声波，通过测定结晶中超声波的传播速度，计算空穴缺陷的存在密度。
研究人员说，作为大规模集成电路晶圆材料的单晶硅，每10亿个硅原子约含1个称为“空穴缺陷”，也就是说在有规则的原子排列中有一个原子出现紊乱的缺陷。硅晶圆中的缺陷，一般会增大大规模集成电路的泄漏电流，但空穴缺陷对现有大规模集成电路的影响“则小得可以忽略不计”。
通常情况下，构成结晶的原子结合在低温下会得到强化，与高温条件下相比，杨氏模量即固体材料抵抗形变能力的物理量会增大，超声波的传播速度会由此加快。但该研究小组发现，如果存在空穴缺陷，在超低温下杨氏模量反而会随着密度的升高而减小，超声波的传播速度会减慢。产生这种现象的原因，是超声波透过之际如果结晶发生应变，那么存在于空穴缺陷中的电子轨道会变大，原子之间的结合力就会下降。
有关专家认为，计算硅结晶中存在空穴缺陷的密度，从全球来说，富士通研究所等组成的研究小组可能是第一家。这项研究，通过检测硅结晶中相当于单个原子的结晶缺陷，成功地联合测定出空穴缺陷的存在密度。将会在利用硅结晶进行晶圆的切割生产，以及利用这种晶圆提高大规模集成电路成品率方面发挥作用。
⑵发明计算粒子碰撞轨迹的新算法。
2006年12月，国外媒体报道，在粒子加速器中，新粒子常常在基本粒子间的碰撞中产生。但是这些粒子的轨迹一般很难来追踪。荷兰研究人员兹宜斯·旷纳里森发明了一种新算法，能够重建欧洲粒子物理研究中心使用的粒子轨迹。他的方法使科学家们能够更好地了解碰撞产生的粒子。
旷纳里森在位于日内瓦的欧洲原子中心，参与了大型强子对撞机加速器的 ATLAS 探测器的研究工作。
物质由微小的粒子组成，这些粒子能够通过加速器进行研究。粒子加速器把粒子加速到极高的能量，然后通过碰撞产生新的粒子。产生的粒子经过很多不同的加速装置和探测装置，然后由探测装置重构出粒子的轨迹。
探测器测量粒子通过它时的确切位置。由这些探测器得到的位置，科学家计算分析出粒子的轨迹。这些轨迹会被探测器内的磁场所偏移，从这些偏移中能够计算得到粒子的冲量。
粒子的轨迹会被探测器内部的材料所影响，比如电线和磁体中的铜和铝。粒子在穿过材料层时会损失部分能量，这会造成轨迹偏移量的改变。粒子的多次散射也会影响轨迹的方向。旷纳里森提出一种算法来校正这些材料的效应，从而得到最高位置分辨率的重构轨迹。而轨迹的重构是判断粒子产生的重要因素。
目前，旷纳里森的算法，已经使用模拟数据和准备应用在ATLAS上的探测器原形的数据，进行了检验。这个算法，已被证实能够精确地重构粒子的轨迹。
2．微电子领域研发石墨烯出现的新技术
⑴推进石墨烯纳米电路技术研究。
2010年6月11日，美国乔治亚理工学院物理系副教授爱丽莎·雷多、伊利诺伊大学香槟分校机械科学和工程系的副教授威廉·金等人组成的一个联合研究小组，在《科学》杂志上撰文称，他们在利用石墨烯制造纳米电路领域获得突破：设计出简便、快速的纳米电线制造方法，能够调谐石墨烯的电学特征，使氧化石墨烯从绝缘物质变成导电物质。这被认定为石墨烯电子学领域的一项重要发现。
纳米电路的研究人员，之所以对于石墨烯的研究颇具热忱，是因为与硅相比，电子在石墨烯内移动时会受到更小的阻力，而硅晶体管的尺寸也已经接近了相关物理定律的极限。虽然石墨烯纳米电子学可比硅基电子学速度更快且消耗更少的能量，但此前无人知晓如何制造可扩展或可重复的石墨烯纳米结构。
该研究小组测试了2种氧化石墨烯，一种由碳化硅制成，另一种则由石墨粉构成。研究人员使用了热化学纳米光刻技术，以提升纳米量级的石墨烯的温度，从而设计出类似石墨烯的纳米电路。当温度达到130℃时，氧化石墨烯变得更具传导性，并能从绝缘物质转变为更具传导性的纳米线等石墨烯类似物质。这些性能都是该技术颇具成效的标志。
雷多说：“研究表明，通过使用原子力显微镜尖端局部加热绝缘的氧化石墨烯，我们可把纳米线的大小降至12纳米，并能把它的电子特性调谐至4个传导量级以上。实验过程中也并未出现尖端磨损或是石墨烯样本损坏的情况。”
威廉·金认为新技术有三大优势：一是整个过程只需一步完成，单纯通过纳米加热就可把绝缘氧化石墨烯转化为功能性导电材料；二是此技术可适用于多种类型的石墨烯；三是新技术效率极高，可在极短时间内合成纳米结构，对纳米电路的制造十分有益。
研究人员还表示，从氧化石墨烯到石墨烯的简单转换，是制造导电性纳米线的重要途径，它不仅可应用于软性电子学领域，还有望用于生产与生物兼容的石墨烯电线，可被用于测量单个生物细胞的电子信号。
⑵生产形状尺寸可控石墨烯量子点的新方法。
2012年5月，美国堪萨斯州立大学，化学工程系维卡斯·贝里教授领导的研究小组，在《自然·通讯》杂志上发表研究报告称，他们开发成一种新方法，可生产出大量形状和尺寸可控的石墨烯量子点，这或将为电子学、光电学和电磁学领域带来革命性的变化。
由于边缘状态和量子局限，石墨烯纳米结构（GN）的形状和大小，将决定它们的电学、光学、磁性和化学特性。目前，自上而下的石墨烯纳米结构合成方式，有平板印刷术、超声化学法、富勒烯开笼和碳纳米管释放等。但是，这些方法，都具有生产率低、形状尺寸不可控、边缘不光滑、无法轻易转移至其他基底或溶解于其他溶剂等问题。
贝里研究小组利用钻石刀刃对石墨进行纳米切割，使其变成石墨纳米块，这是形成石墨烯量子点的前提。这些纳米块随后将呈片状脱落形成超小的碳原子片，生成的ID/IG比值介于0.22和0.28之间，粗糙度低于1纳米的石墨烯结构。研究小组通过高分辨率的透射电子显微镜和模拟证明，生成的石墨烯纳米结构边缘笔直、光滑，而通过控制石墨烯纳米结构的形状，如正方形、长方形、三角形和带状等，以及尺寸（不超过100纳米），研究人员能够大范围控制石墨烯的特性，使其应用于太阳能电池、电子设备、光学染料、生物标记和复合微粒系统等方面。
贝里表示，新型石墨烯量子点材料在纳米技术领域，具有巨大的发展潜力，他们期望能通过此次研究进一步促进石墨烯量子点的发展。
3．微电子领域研发出现的其他新技术
⑴开发单壁碳纳米管生产新技术。
2006年7月，加拿大国家研究委员会分子科学研究所，与谢尔布鲁克大学，联合组成的一个研究小组，经过近10年努力，研究出结合激光技术和诱导耦合热等离子技术，大批量低成本生产单壁碳纳米管的新技术。加国家研究委员会分子科学研究所的市场开发官员奥尔森•波尔内向当地媒体表示，该技术可马上进入实际应用。
纳米技术的进步将对包括医学、建筑、通讯、航天等领域产生深远影响。但目前纳米技术仍处于早期发展阶段，面临的一个重大问题，就是要解决纳米材料的大批量生产问题，特别是单壁碳纳米管的生产问题。
单壁碳纳米管由碳的单原子薄片组成，其在易碎性上的表现比碳纤维要强。这种纳米管的重量是钢的1/6，而强度则是钢的100倍。该材料还是至今发现的最佳热导体和最佳电导体。其应用范围非常广，包括长寿命电池和低能耗便携式电器。
研究人员把碳材料放在一个1200℃的反应器内，蒸发成等离子体。然后，再向气化碳里加入金属催化剂，在特定的条件下冷却，就可以生产出单壁碳纳米管。该碳纳米管可以每分钟2克的速度采集。
该成果的重要性，在于解决了单壁碳纳米管的大批量生产问题，且制造成本低于每克10加元。现在全球单壁碳纳米管的年产量大约600公斤，每克的生产成本是600加元。批量生产这种纳米管的困难在于，生产工艺中合成单壁碳纳米管的技术条件，要求非常严格，如果条件达不到，生产出的将会是多壁碳纳米管或碳纤维。
⑵开发出全新金属晶体生长技术。
2007年3月26日，美国能源部西北太平洋国家实验室，科学家格里高利•爱克萨霍斯领导的研究小组，在美国化学学会全国会议上表示，他们利用棉花中的纤维素制作出一种模板，并在其上获得了过去从未见过的金属晶体。这类金属晶体有望成为生物传感器、生物成像设备、药物定向输送纳米装置和催化器的组成部件。
研究人员介绍说，他们先用酸对棉花纤维素进行处理后获得自然模板，然后在模板上快速和均匀生长金属晶体，其中包括金、银、钯、铂、铜、镍和其他金属，以及金属氧化物的纳米晶体。这些晶体，表现出其他较大尺寸金属晶体所不具备的光、电和催化特性。
据悉，在研究中，酸的作用，是把棉花纤维素在羟基团含量丰富的环境里，转变成大且稳定的晶格化分子，而分子间的距离可以预见，这构成了纤维素分子模板的骨架。研究人员先在含金属的盐溶液加入模板，再将其置入加压的炉灶中，从70℃加热到200℃，或在加热装置中加温4小时～16小时，结果在模板上形成了均匀的金属晶体。
研究人员称他们的方法为“绿色处理”，因为它仅仅需要加热、晶格化纤维素和金属盐。而其他获得不同大小尺寸的，均匀纳米金属晶体的方法，则往往需要用强腐蚀性的化学物质作为还原剂和稳定剂。研究人员表示，在有关钯以及硒的有机分子耦合反应中，他们获得了金属晶体某些催化作用的初步结果。同普通的商业催化剂相比，金属粒子更小（15至20纳米）则具有更快和更高的催化转化率。
⑶进一步完善铜纳米导线的制造方法。
2010年6月1日，美国杜克大学化学助理教授本杰明·威利领导的一个研究小组，对外界宣布，他们成功地完善了铜纳米导线的制造方法，此举有望在不久的将来让铜纳米导线的商业化生产成为现实。纳米铜导线十分细微而透明，可取代银纳米材料和铟锡氧化物，用于薄膜太阳能电池、平板电视和计算机，以及柔性显示器中。
威利表示，最新的平板电视和计算机显示屏，通过一系列的电子像素显示图像。电子像素，由透明的铟锡氧化物材料制成的导电层相连接。铟锡氧化物，还被用作薄膜太阳能电池的透明电极。不过，铟锡氧化物存在着易碎的缺点，因而不能用来生产柔性屏幕。同时它的生产过程效率不高，价格也相当昂贵，在需求量不断增加的今天价格更是不断上涨。
银纳米导线作为透明导体性能良好，威利在读研究生时，便协助把银纳米导线的生产进行了专利注册。但是，银与铟类似，它们稀少且昂贵。另外，有研究人员在试图改善碳纳米管的性能，但至今还没有取得突破性进展。
威利表示，如果人们想要让电子设备和太阳能电池得到广泛普及，那么需要利用地球上存储量丰富的材料，同时这些材料也无需花费过多的能量来获取。他认为，目前人们所知的既透明又导电的材料十分稀少，这也是铟锡氧化物虽有缺陷却仍被采用的原因。
现在，威利他们的研究显示，存储量比铟丰富上千倍的铜，能够被用来生产透明且导电的纳米导线。铜纳米导线的导电性能优于碳纳米管，同时比银纳米导线要廉价许多。威利认为，铜纳米导线价廉且性能良好的事实，使得其成为非常有希望解决难题的材料。
威利和他的两名学生在水溶液中生长铜纳米导线。他说，通过向水溶液添加不同的化学物质，能够控制原子形成不同的纳米结构。在制作铜纳米导线过程中，当铜出现结晶时，它首先形成微小的“种子”，随后每个“种子”生长成单独的纳米导线。
由于铜纳米导线生长在水溶液中，同时它具有柔性，因此威利认为，铜纳米导线有望以滚动的生产方式在溶液中镀层，如同报纸的印刷过程，这样将远远高于生产铟锡氧化物的效率。
据悉，过去曾有研究人员研制出铜纳米导线，但是生产的规模比威利他们的要小得多。
威利研究小组不仅研究出铜纳米导线的新生产方法，而且还首次向人们展示铜纳米导线是良好的透明导体。威利表示，新的生产过程需要扩大规模，以便能够实现商业应用，不过同时他也需要解决目前存在的问题，即防止铜纳米导线出现凝结减低透明度，以及防止铜发生氧化降低导电性。他相信，一旦凝结问题得以解决，铜纳米导线的导电性将与银纳米导线和铟锡氧化物的相媲美。
⑷实现原子间单量子能量交换的方法。
2011年2月23日，美国国家标准技术研究院物理学研究员坎顿·布朗主持的研究小组，在《自然》杂志上发表研究成果称，他们首次在两个分隔的带电原子（离子）之间，建立直接运动耦合，实现原子之间的单量子能量交换。这一方法，简化了信息处理过程，可用于未来的量子计算机、模拟技术和量子网络中。
研究人员解释说，他们让两个铍离子在电磁势阱中震荡进行能量交换，这一交换中是以最小能量单位量子来进行的。这意味着离子被“耦合”在一起，表现出像宏观世界中如钟摆、音叉那样的“和谐震荡”，做重复的来回运动。
实验利用了一种单层离子势阱，并将其浸在液氦浴中冷却到零下269℃。离子之间相隔40微米，漂浮在势阱表面。势阱表面装有微小电极，让两个离子靠得更近，以便产生更强的耦合作用。超低温度可以抑制热量，避免扰乱离子行为。研究人员在势阱上放了震荡脉冲来检测铍离子频率。
研究人员还用激光制冷减弱两个离子的运动，再用两束反向紫外激光束将一个离子进一步冷却到静止状态，调节势阱电极间的电压，就开启了耦合作用。经测量，离子的能量交换每155微妙仅有几个量子，而达到单个量子交换时频率更低，间隔为218微秒。从理论上讲，离子之间这种能量交换过程能一直持续，直到被热量打断。
布朗说：“首先，一个离子轻微震动而另一个静止，然后震动传给了另一个离子，它们之间的能量运动，是一个最小的能量单位。我们可以调节耦合作用，影响能量交换的速度和程度，还能控制耦合作用的开启或终止。”用电极电压来调整两个离子的频率，让它们离得更近，耦合作用就开始了。当两个离子频率最接近时，耦合作用最强。由于正电荷离子之间的静电作用，它们之间倾向于互相排斥。耦合使每个离子都具有了两个电子的特征频率。
在未来的量子计算机中，上述技术可用于解决量子系统的复杂问题，破解当今使用最广的数据加密编码。不同位置的离子直接耦合可以简化逻辑运算，有助于校正运算过程错误。该技术还可能用于量子模拟，以解释复杂量子系统如高温超导现象的原理机制。
研究人员还指出，类似的量子交换作用，可以用来连接不同类型的量子系统，如离子和光子，在未来的量子网络中传递信息，如势阱中的离子可以在超导量子比特（昆比特）和光子比特之间作“量子转换器”。
⑸让中微子穿过厚石传递信息的技术。
2012年3月，美国北卡州立大学电气和计算机工程教授丹领导，罗彻斯特大学物理教授弗兰德等参与的研究小组，在《现代物理学杂志》发表论文说，他们利用中微子通信的设想已提出数载，但如何方便地发射和探测中微子，把信息有效地调制给中微子并解调出来，一直是有待解决的难题。近日他们首次成功采用几乎无质量的一束中微子，以接近光的速度穿过240米厚的石头传递信息。
研究人员描述这项研究说：“不使用卫星或电缆，人们通过使用中微子，可在地球上任意两点间交流。中微子的通信系统会比现在的通讯系统更复杂，它在未来将有重要的战略用途。”
大多数通信，是通过发送和接收电磁波完成，但电磁波不能够轻易通过很多种物质，会被水和山以及许多其他液体和固体阻挡住。中微子是一种质量极小、又不带电的中性基本微粒，它能以近乎光速进行直线传播，并极易穿透钢铁、海水，而本身能量损失很少，因此是一种十分诱人的理想信息载体。
研究人员在费米国家加速器实验室，使用了两个关键设备。第一个是世界上最强大的粒子加速器，通过让质子沿着2.5英里周长的轨道加速，然后用碳靶碰撞它们而打出高强度的中微子束。第二个是位于地下100米洞穴中被称作“守护神”的重达几吨的探测器。由于在探测时，中微子不容易被探测到，所以用这种探测器来探寻，会从大约上百亿个微粒中探测到一个。
通信测试进行两个小时，这期间加速器正加速到其充分强度的一半时，“守护神”探测器在同期采集到了通信测试的交互数据。具体操作是，在一端，科学家使用中微子发送的信息被转化成二进制代码，换言之，把单词“中微子”描绘成一系列的“1”和“0”；在另一端，用“守护神”探测器探测到中微子，计算机把它传过来的二进制代码转换成英语，于是“中微子”这个词被成功接收。
研究人员说：“显然，我们目前使用中微子传递信息的技术，还需要大量的高科技设备，这在现今是不实用的。但这一步，是促使现今技术，朝向未来实际应用中微子通信的一个示范演示。”
⑹提出证明“轴子”存在的新方法。
2012年6月18日，物理学家组织网报道，奥地利维也纳技术大学理论物理系的丹尼尔·格鲁米勒领导的研究小组，提出一种新方法，能够证明假想的亚原子粒子——“轴子”的存在。这些轴子能够在黑洞周围积聚，并从中汲取能量。这一过程将放射重力波，并能被探测出来。相关研究报告，发表在近期出版的《物理评论D》杂志上。
格鲁米勒表示：“轴子的存在一直未被证明，但学界普遍认为它很可能存在。”轴子的质量极其微小，根据爱因斯坦的理论，质量与能量直接相关，因此生成轴子只需要极低的能量。
在量子物理中，每个粒子都被描述为一种波。波长则与粒子的能量相关。较重的粒子波长较短，而低能量的轴子的波长可达数千米。格鲁米勒等人的计算结果显示，轴子能环绕在黑洞周围，就像电子能围绕原子核运动一样。而与连接电子和原子核的电磁力不同，万有引力才能将轴子和黑洞联系起来。
此外，原子中的电子和环绕黑洞的轴子仍存在着巨大的不同：电子是费米子，这意味着两个电子永远不会处于同一个态；而轴子属于玻色子，这表示大多数轴子，都能在同一时间占据相同的量子态。它们能在黑洞周围创造出“玻色子云”，这种云将连续不断地从黑洞中汲取能量，从而增加云中的轴子数量。
二、微电子研究设备的创新与维护
1．量子研究设备的创新成果
⑴研制出能诱捕、探测和操纵单个电子旋转的量子设备。
2007年10月，美国布法罗大学工程和应用科学学院，电子工程教授乔纳森·伯德领导的研究小组，在《物理评论快报》网络版上发表研究论文称，他们开发出一种新设备。它可以简单快捷地诱捕、探测和操纵单个电子旋转，清除了一些阻碍自旋电子学和基于电子旋转的量子计算发展的主要障碍。该文章，使得研发以利用单旋转为基础的高性能计算机，离现实更进了一步。
伯德说：“操控单电子旋转的任务，是一项非常令人敬畏的技术挑战。它是非常有潜力的，如果能得以克服，我们就能开发出新的纳电子学范例。在这篇研究文章中，我们对一种创新方法进行论证。它可以使我们轻松地在一种模式中诱捕、操控和探测单电子自旋。这种模式的潜力，在于它可以按比例扩展成为致密的集成电路。”
虽然，最近也有一些研究小组宣称，他们捕获单电子旋转，但他们都是利用量子点、纳米大小半导体在极冷的温度条件下（即绝对温度1度以下）论证旋转捕获的。伯德称，在日常条件下，将设备或计算机冷却到那样的温度是不可能的。它将使得系统非常容易被干扰。相反，布法罗大学研究小组，捕获和探测旋转的温度约为绝对温度20度。伯德称，基于这种方法的标准，将可以用于发展可靠的技术。此外，他们开发的这种系统，需要相对较少的在半导体中控制电子流动的逻辑门，这将有助于增加测量复杂的集成电路的可行性。
研究人员通过他们创新的量子点接触，成功实现他们的目标：即研发在半导体的两个导通区域之间，控制电荷流动的狭窄的纳米级缩颈。伯德称：“最近的预测显示，它应该可以利用这些缩颈，来诱捕单电子自旋。事实上，我们在这篇研究文章中，为使用量子点接触成功实现诱捕提供了证据，而且它还有可能实现电子操控。”
他们研发的这种系统，可通过有选择性地向金属门供以一定的电压，来操控半导体中的电流。这些金属门均装配在其表面。伯德解释称，这些金属门间拥有一个纳米大小的间隙，当向它们通以一定的电压时，量子点接触就会在这样的间隙中形成。
通过改变通向金属门的电压，能够对缩颈的宽度进行连续地压缩，直到它最终完全关闭。伯德解释称：“当我们增加金属上的电荷时，它就会开始弥合间隙。随着电荷的增加，它就会允许越来越少的电子通过，直到它们全部不能通过。就在间隙快要完全关闭之前，当我们对这一通道进行挤压时，我们就能探测到通道内最后电子的捕获及其旋转情况”。他解释称，在那一瞬间，旋转的捕获表现为流过设备另一半的电流的变化情况。他称：“设备的一个区域，很容易感受到另一区域所发生的情况”。既然布法罗大学的研究人员已经诱捕和探测到了单电子旋转，那么下一步的研究工作，就是诱捕和探测两个或更多相互联系的电子旋转。这是自旋电子学和量子计算发展的先决条件。
⑵研制出可控制量子比特自旋的“混血”纳米设备。
2010年7月1日，美国马里兰大学纳米中心，物理学家欧阳敏教授领导的研究小组，在《自然》杂志上发表研究成果称，他们自主研制成的金属与半导体“混血”的独特纳米设备，可以控制量子比特自旋。
研究人员用自己研制的设备，演示了一种新的光和物质的相互作用，且在仅为几纳米的胶体纳米结构中，首次实现对量子比特自旋进行完全的量子控制，这些新进展，朝着制造出量子计算机，迈开更加关键的一步。
研究人员表示，这项新发现，有利于加快研制与量子计算和能源生产有关的纳米设备。比如，研发出更高效的光伏电池，或促进诸如生物标志物等其他基于光与物质相互作用的技术的发展。实际上，该研究小组已经开始使用这种技术，来研发新的、转化效率更高的光伏电池。
欧阳敏小组使用化学热力学方法，在溶液中制造出一系列不同的“混血”组合物，每一个组合物都有一个单晶半导体壳，里面包裹着金属。在最新的研究中，研究人员使用这些金属/半导体“混血”而成的纳米设备，在实验室中演示一个等离子（金属发出的）和一个应激子（半导体壳发出的）之间的“可调共振耦合”。结果，这种耦合加强了光学斯塔克效应，因此，有望通过光来控制量子状态。60多年前，科学家研究光和原子之间的相互作用时，发现了光学斯塔克效应，该效应表明，可以用光来改变原子的量子状态。
美国国家标准与技术研究院原子物理分部的加尼特·布莱恩表示，过去的几年中，很多研究人员正在研究金属和半导体组成的异种纳米设备，并使用这种纳米设备作为“纳米天线”与半导体纳米设备，以及光发射器内外的光，进行更有效的耦合。
布莱恩表示，欧阳敏领导的这项研究表明，金属纳米天线周围环绕着半导体外壳这样的纳米设备能够完成同样的目标，而且，这样的结构简单易制造，应用范围也很广。最重要的是，科学家能够通过操纵这种光和物质的耦合，对半导体纳米发射器进行相干量子控制，而量子信息的处理过程中必须实施这种控制。
欧阳敏小组认为，使用其研发出的晶体与金属“混血”纳米设备，他们能够完成这种相干量子控制。而且，新纳米设备也对晶体外延生长大有裨益。晶体外延生长，一直是制造单晶半导体和相关设备的主要方式。新方法可避免，限制晶体外延生长的两个关键因素：沉积半导体层的厚度和晶格匹配。
马里兰大学的科学家指出，新方法除了增强其“混血”纳米结构的能力外，并不需要传统的晶体外延生长所需的洁净室，也不需要在真空中才能产生的物质，因而有利于大规模生产。
2．微电子研究其他设备的创新成果
⑴研制成可加工微型设备的新型硅材料微型设备。
2006年6月，《新科学家》杂志网站报道，德国伊尔默瑙工业大学的研究小组，开发出一种新型硅材料，它可以被用于加工微处理器或其他微型设备。
这种新型硅材料，被命名为“硅粘扣”。研究人员用“黑硅”制成了这种硅粘扣，“黑硅”是普通硅被强激光束或高能离子轰击后产生的。
硅粘扣表面呈精细针状。每平方毫米内有100万个针脚，每个针脚只有15微米～25微米长。研究人员发现，只要挤压一下附有这种材料的两个表面，它们就会粘在一起。显微镜分析表明，这是因为两个表面上的针脚在压力作用下弥补了相互间的空隙。
研究人员表示，这种材料对微片制造商非常有用，也有助于技术人员，在处理非常薄的硅片时，无需使用可能造成组件损坏的加热或黏着技术。研究人员指出，这种硅粘扣，并不是一次性的，根据具体情况可以使用3至4次，但不能无限期使用。
⑵研制出智能纳米容器。
2006年9月，荷兰纳米技术研究所朱利叶斯·凡克朔教授领导的研究小组，在《自然·材料》上发表研究成果称，他们研制出一种智能型的纳米尺度容器。它可以把一个或多个分子锁定在内，然后把容器移动到需要的位置，再释放这些分子。通过这种容器，科学家们还可以把某些分子锁定在内，然后引入其它分子，使得它们发生化学反应。这种由含铁的聚合物材料制成的“智能盒子”，能够通过化学方法控制分子的进出。
凡克朔研究小组不仅成功的制造出这些纳米容器，而且预见到这一技术在医药、食品制造，甚至超快速纳米化学反应等领域的光明应用前景。
在这一研究中，最大的突破，在于把含铁的聚合物链，作为制造纳米容器的材料。正是由于铁元素的应用，使它可以通过氧化还原反应来改变材料的渗透特性。凡克朔研究小组成员宇杰·马和马克·荷培纽斯博士，已成功利用上述原理，制成可通过化学方法打开和关闭的容器。由氧化剂或还原剂充当进出容器通道的“门卫”，譬如氧化剂可以是三氯化铁，还原剂甚至可以是维生素C。
这种能让某些分子通过的选择性通道，同时也是构成容器的层状结构的作用结果。聚合物链，通过静电力一层一层的排列起来，构成容器的壁。通过氧化还原反应改变静电力，就能马上改变容器的渗透性。
由于大多数水中发生的生物化学反应中，都包含氧化还原过程，所以这样的纳米容器可以广泛应用在生物和生化领域。科学家希望可以在一些“绿色”行业如食品添加剂、制药和化妆品中，发挥这一技术的作用。基础研究方面，纳米容器则可在同一时间研究大量酶反应，以便获得丰富的结果。
⑶开发出首个纳米级单分子质量实时测定系统。
2009年7月，加州理工学院的物理学教授、校纳米科学研究所主任迈克尔·若克斯领导，他的同事物理学家阿斯科沙伊·奈克等人参与的一个研究小组，在《自然·纳米技术》杂志上发表研究成果称，他们开发出只有百万分之一米大小的纳米电子机械系统谐振器，可实时测定单个分子的质量。
过去，科学家一直依靠现有质谱分析技术，测量分子的质量，程序十分繁琐。首先要把被测样品中成千上万的分子离子化，使其呈带电状态，然后将这些离子引入电场，根据它们的运动状态确定其质荷比，进而确定它们的质量。
若克斯研究小组经过十多年努力，开发出一种微型纳米电子机械系统谐振器，有效简化了分子质量测量的程序，并使测量器械微型化。这种2微米长、100纳米宽的桥状谐振器，具有很高的振动频率，可有效充当质谱仪的“度量标尺”。
奈克指出，谐振器的振动频率与其所测量目标的质量成正比，振动频率的变化会与被测物的质量变化契合。将一个蛋白放到谐振器上后，谐振器的振动频率就会下降，而通过这种频率转换即可测定蛋白的质量。
若克斯教授认为，随着生命科学研究的深入，越来越需要进行大量的蛋白质组学分析，下一代用于相关研究的仪器，尤其是用于系统生物学研究的仪器，一定要能完成这样的任务。而半导体微电子加工工艺的发展，使这种仪器的研制成为可能。
⑷建成世界首个高精度离子探针设备。
2009年9月，西澳大利亚大学显微研究中心，建成世界上第一个带有超灵敏微型离子探针的高灵敏度显微镜，它是一台先进而重要的科研实验设备，具有独特的描述和分析功能，可用来检测武器级的铀、新的矿石储量和验证地球上的早期生命。
该中心是目前世界上唯一能够安放两台此类实验装置的实验室。在启动仪式上，创新、工业与科研部长卡尔·金说，这种超灵敏的微型离子探针，将会极大地提高该设备开展世界领先科研的能力。
研究人员说，新的微型探针，通过打在检测样本上的高能量离子束，有能力检测出各种不同物质之间的化学特性的差异。它能用来追踪远古已灭绝动物的迁移轨迹，从而搜寻它们灭亡的原因。能用来研究珊瑚的生长规律，以便更好地了解澳大利亚大堡礁珊瑚白化病的成因和气候变化问题，以及区分造成危害的污染来源。还能用来研究远古的陨石，帮助我们了解太阳系是如何形成的。
3．维护微电子研究设备出现的新方法
开发出能清除纳米级机械磨损的方法。
2009年9月，美国IBM公司苏黎世研究中心的一个研究小组，在《自然·纳米技术》杂志上发表论文说，他们开发出一种大有希望的实用技术，它能有效消除扫描探针技术中使用的纳米针尖的机械磨损。这项发现，将有助于开发出下一代更为先进的计算机芯片，使芯片具有更高性能和更小体积。以扫描探针为基础的工具，可超越目前生产和表征工具的可能极限，扩展其测量能力、质量和精度。
扫描探针技术，利用纳米尺度的原子力显微镜针尖，通过在物体表面以非常接近的方式进行扫描而非滑动来操纵纳米结构和设备，有点类似于老式留声机的唱针运行方式。原子力显微镜等技术，现已成为探索纳米世界的重要工具。扫描探针技术，提供了在原子或分子尺度上的，最高可能分辨率，代表着科学家的“眼”、“耳”、“鼻”、“手”。
在半导体行业，这些技术，由于其原子层级的分辨率和操纵能力，成为开发制造下一代超小尺寸芯片的宠儿。利用这些技术，大规模工业用途的一个关键性制约因素，就是针尖的机械磨损。运动部件之间摩擦产生的磨损，是所有宏观及纳米层级力学过程所固有的。但是，依赖于纳米针尖的扫描探针技术，其顶端仅为5个纳米，因此这个问题更为严峻。几个立方纳米就能影响针尖的灵敏度。未来工业化应用中，在一个硅片上的大型特性表征化区域内，针尖就需要在无需更换的情况下滑动数千公里。而在目前使用的扫描模式下，针尖在运动数米后就磨损了。此外，摩擦除了造成针尖的磨损外，还能造成特征化表面的损坏。
IBM研究小组发表的论文，就旨在解决这个问题。研究人员通过调节作用于针尖样本接触点上的力，有效地消除在聚合物表面滑动的针尖磨损，使其滑动距离超过750米。给悬臂（针尖依附与受控的力臂）和样本表面之间，施以交流电压后，悬臂即能以1兆赫兹的频率进行运行。此时，悬臂的弯曲和针尖的振动幅度，仅在几乎察觉不到的1纳米左右。虽然微乎其微，但正是这种振动大大降低了摩擦，消除了针尖的磨损，从而能检测到，低至每米中失去1个原子这样的极限反应。针尖在连续运行一周，经过750米的磨损试验后，依然处于完美的运行状态。
目前，随着磨损问题的解决，IBM苏黎世研究中心的研究人员，正在探寻扫描探针技术的大量潜在应用，如纳米加工、纳米光刻和高速测量等。通过并行运行大量的针尖，芯片的开发和制造过程中就能实现高通量、高速度和自动计量。与现有工具相比，这样的计量系统，在衡量器件尺寸或确定结构化硅片中的瑕疵时，将有更高的精度和准确度，而且成本更低。为了实现复杂二维和三维纳米结构的高速模式化，IBM研究人员还在研究更加强大的扫描探针技术。
