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日利用蛋白质制造出高性能存储器

  日前在日本千叶县召开的日本应用物理学会会议上,科学家发布了由松下公司、东北大学、东京工业大学和大阪大学联合开发的利用蛋白质制造高性能存储器的技术。3月28日的《日本经济新闻》报道了这一消息。

  日本科技人员为了使极小的金属微粒能够规则排列,利用了蛋白质所具有的特殊的“自组织”现象。
研究人员所使用的蛋白质是内部有空洞的球状铁蛋白,其直径为12纳米。利用新技术制作的存储器已成功地实现了数据存储。传统的半导体工艺很难加工几纳米线宽的半导体器件。该技术实际使用后,可在一张邮票大小的面积上存储1T(10的12次方)比特的数据,比目前的传统存储器容量大30倍。

  研究人员使用大肠杆菌制作大量铁蛋白,再将嵌入金属微粒的铁蛋白在衬底上规则排列,从而制成蛋白质存储器。具体的步骤是:将金属浸在溶液中,这样可使金属微粒进入铁蛋白之中。为了去除会使器件工作不正常的碱金属,需要将其过滤。利用蛋白质的“自组织”作用,铁蛋白能够沿着预先在硅衬底上制作出的有机分子膜的图形,规则整齐地排列。在经清洗和干燥处理,并加热至500℃后,硅衬底上就仅剩下了规则排列的金属。如果将其加上电压就会流过电流,从而获得存储器必备的电特性。然后利用传统技术,在硅衬底上安装上电极,就制成了存储器。

  迄今为止已有科技人员开发了利用蛋白质使金属规则排列的技术。然而蛋白质只有在含有钠等碱性金属的生理环境下才能很好地发挥其功能。但是碱金属会损坏半导体器件,因为它会引起器件故障或误动作,甚至导致器件失效。日本科技人员开发的新技术可使碱金属几乎为零。如果实用化,可制成比传统存储器容量大30倍以上的器件,这将会有广泛的应用。日本科技人员预计5年后可批量生产实用的器件。

  有关专家指出,这是一种突破半导体制造上的光刻极限,使用蛋白质和DNA制造器件的开创性的先进技术。半导体器件主要靠先进的光刻技术提高集成度。受技术条件限制,目前实用的是45纳米的光刻技术已接近当前的技术极限,进一步提高难度很大。另外更重要的是,先进的光刻技术成本很高,在器件价格不断降低的市场环境下,半导体厂商已不堪投资重负。为此他们纷纷开发不采用传统光刻方式的新型半导体制造技术,利用蛋白质制造器件的技术渐渐进入了人们视野。日本科技人员开发的此项新技术,使蛋白质在适当的条件下,通过自组织作用,形成规则的器件结构。由于该技术是在传统技术基础上开发成功的,因而通用性强,成本也比较低,这将带动生物产业进入半导体器件制造领域的新时代。

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