美国哥伦比亚大学工程学院和布鲁克海文国家实验室科学家携手，利用DNA分子自组装技术，首次实现了三维纳米电子器件的自主构建。相关研究论文3月28日发表于《科学进展》杂志。
从二维到三维能显著增加电子产品的密度和计算能力，这一新工艺也有助于开发受大自然启发的人工智能系统。例如，模仿人脑天然三维结构的电子器件，在运行模仿人脑的人工智能系统的效率有望优于二维架构。
现有电子制造工艺如同精密切割钻石，可通过电子束在材料表面逐层雕刻出电路。然而，这种自上而下的方式不仅耗能巨大，而且在堆叠多层结构、创建复杂结构，并以经济高效的方式制造三维器件时，良品率会断崖式下跌。
受DNA折纸技术的启发，研究团队开发出一种可扩展的纳米制造技术。该技术结合了自下而上和自上而下的方法，可在金微阵列上选择性生长三维DNA框架，从而制造出三维纳米结构电子器件。DNA折纸技术的核心原理是将一条长链DNA与设计好的短链DNA通过碱基互补配对折叠成目标形状，形成稳定的纳米级结构。
研究团队首先在一块表面上铺设金微型方块阵列，随后在其上附着短链DNA。金阵列锚定DNA折纸框架并促进其在表面特定区域有序生长，自组装成三维DNA框架。
接着，他们使用纳米级氧化硅涂覆这些DNA框架，并在其间镶嵌半导体氧化锡，制造出的氧化锡超晶格被集成为光电流响应器件。结果显示，这一光传感器在被照亮时会作出电响应。
研究团队表示，他们能在硅片上的特定位置放置数千个这样的结构，这种可扩展方式将彻底改变制造复杂三维电子器件的方式。他们希望借助这一新方法，使用多种材料制造出更复杂的电子器件。
本文采编：CY
