科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞

美國(guó)哥倫比亞大學(xué)工程學(xué)院和布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家攜手，利用DNA分子自組裝技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了三維納米電子器件的自主構(gòu)建。相關(guān)研究論文3月28日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》雜志。

從二維到三維能顯著增加電子產(chǎn)品的密度和計(jì)算能力，這一新工藝也有助于開發(fā)受大自然啟發(fā)的人工智能系統(tǒng)。例如，模仿人腦天然三維結(jié)構(gòu)的電子器件，在運(yùn)行模仿人腦的人工智能系統(tǒng)的效率有望優(yōu)于二維架構(gòu)。

現(xiàn)有電子制造工藝如同精密切割鉆石，可通過電子束在材料表面逐層雕刻出電路。然而，這種自上而下的方式不僅耗能巨大，而且在堆疊多層結(jié)構(gòu)、創(chuàng)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并以經(jīng)濟(jì)高效的方式制造三維器件時(shí)，良品率會(huì)斷崖式下跌。

受DNA折紙技術(shù)的啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種可擴(kuò)展的納米制造技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合了自下而上和自上而下的方法，可在金微陣列上選擇性生長(zhǎng)三維DNA框架，從而制造出三維納米結(jié)構(gòu)電子器件。DNA折紙技術(shù)的核心原理是將一條長(zhǎng)鏈DNA與設(shè)計(jì)好的短鏈DNA通過堿基互補(bǔ)配對(duì)折疊成目標(biāo)形狀，形成穩(wěn)定的納米級(jí)結(jié)構(gòu)。

研究團(tuán)隊(duì)首先在一塊表面上鋪設(shè)金微型方塊陣列，隨后在其上附著短鏈DNA。金陣列錨定DNA折紙框架并促進(jìn)其在表面特定區(qū)域有序生長(zhǎng)，自組裝成三維DNA框架。

接著，他們使用納米級(jí)氧化硅涂覆這些DNA框架，并在其間鑲嵌半導(dǎo)體氧化錫，制造出的氧化錫超晶格被集成為光電流響應(yīng)器件。結(jié)果顯示，這一光傳感器在被照亮?xí)r會(huì)作出電響應(yīng)。

研究團(tuán)隊(duì)表示，他們能在硅片上的特定位置放置數(shù)千個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)，這種可擴(kuò)展方式將徹底改變制造復(fù)雜三維電子器件的方式。他們希望借助這一新方法，使用多種材料制造出更復(fù)雜的電子器件。