科学家利用DNA技术催生新一代纳米级芯片，兼顾功率与成本（图）

IBM与美国加州理工学院(California Institute of Technology)的研究人员，正合作利用DNA来将碳纳米管、硅纳米线(nanowires)等微小零组件，组装成比现今微影技术可达到的尺寸小十倍的电路。这种技术并可望催生速度更快、功率更高，但成本却更低也更省电的新一代芯片。

根据一篇已刊登在《Nature Nanotechnology》期刊的论文，这种人造DNA纳米结构(nanostructures)与“DNA折纸技术(origami)”──也就是 将长长的单DNA链以较短的“staple strands”方式折叠成某种形状──可做为在芯片表面上采用其它材料以自组装(self-assembly)方式制造纳米电子组件或纳米光学组件的模板。

这种新技术是由美国加州理工学院教授暨资深研究员Paul "W. K." Rothemund所发明，并由IBM科学家Greg Wallraff所率领的研究团队将其最佳化。

研究人员指出，制造更小、性能更高芯片的成本不断攀高，让半导体业者转而寻找在硅芯片或其它半导体组件表面建构微电路的替代方案。而产业界在开发22奈米以下微影技术、以及利用碳纳米管、硅纳米线(silicon nanowires)制作新一代晶体管等方面也遭遇挑战。

IBM所研发的新方法，是将DNA分子当作建筑鹰架(或是缩小的电路板)，让数以百万计的碳纳米管能透过被DNA分子黏着，沉积并自组装成精密的图案──甚至可达到次22纳米(sub-22nm)微影的水准。

研究人员是使用电子束微影(electron-beam lithography)与蚀刻制程，在硅或其它半导体材料上制作DNA折纸形状的“细胞结合位置(binding sites)”。该DNA折纸技术是由加州理工大学所开发，能让单DNA分子在某种溶液中，透过单病毒DNA长链与不同合成寡核?酸(synthetic oligonucleotide)短链间的化学反应进行自组装。

那些短链的作用就像钉书针，能利用互补性的基配对效应(base pair binding)将病毒DNA折叠成所需的2D形状(例如三角形、方形或星形等)，并做为纳米组件的附着点；其彼此间隔可小至6纳米。

IBM科学家使用DNA折纸技术架构微小电路板(即图中的三角形)，并以自动组装排列在基板上

研究人员表示，目前相关技术仍有一些障碍待突破，至少需要五年的时间进行制程的最佳化，才能正式迈向商业化阶段。