時(shí)間：2022-07-16 23:48:31
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關(guān)鍵詞：納米科學(xué)納米技術(shù)納米管納米線納米團(tuán)簇半導(dǎo)體
NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution
Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.
Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor
I.引言
納米科學(xué)和技術(shù)所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結(jié)構(gòu)的制備和表征。在這個(gè)領(lǐng)域的研究舉世矚目。例如，美國政府2001財(cái)政年度在納米尺度科學(xué)上的投入要比2000財(cái)政年增長83%，達(dá)到5億美金。有兩個(gè)主要的理由導(dǎo)致人們對(duì)納米尺度結(jié)構(gòu)和器件的興趣的增加。第一個(gè)理由是，納米結(jié)構(gòu)（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學(xué)效應(yīng)占主導(dǎo)地位，這導(dǎo)致非經(jīng)典的行為，譬如，量子限制效應(yīng)和分立化的能態(tài)、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現(xiàn)象除引起人們對(duì)基礎(chǔ)物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實(shí)現(xiàn)的想法和觀念，例如，單電子輸運(yùn)器件和量子點(diǎn)激光器等。第二個(gè)理由是，在半導(dǎo)體工業(yè)有器件持續(xù)微型化的趨勢(shì)。根據(jù)“國際半導(dǎo)體技術(shù)路向（2001）“雜志，2005年前動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預(yù)期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預(yù)期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預(yù)期就會(huì)出現(xiàn)。到2005年類似的問題將預(yù)期出現(xiàn)在DRAM的制造過程中。半導(dǎo)體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術(shù)保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設(shè)計(jì)和制造方案，因?yàn)楫?dāng)MOS器件的尺寸縮小到一定程度時(shí)基礎(chǔ)物理極限就會(huì)達(dá)到。隨著傳統(tǒng)器件尺寸的進(jìn)一步縮小，量子效應(yīng)比如載流子邃穿會(huì)造成器件漏電流的增加，這是我們不想要的但卻是不可避免的。因此，解決方案將會(huì)是制造基于量子效應(yīng)操作機(jī)制的新型器件，以便小物理尺寸對(duì)器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我們能夠制造納米尺度的器件，我們肯定會(huì)獲益良多。譬如，在電子學(xué)上，單電子輸運(yùn)器件如單電子晶體管、旋轉(zhuǎn)柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數(shù)個(gè)而非以往的成千上萬的電子來運(yùn)作，這導(dǎo)致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關(guān)速度。在光電子學(xué)上，量子點(diǎn)激光器展現(xiàn)出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優(yōu)點(diǎn)，其中大微分增益可以產(chǎn)生大的調(diào)制帶寬。在傳感器件應(yīng)用上，納米傳感器和納米探測(cè)器能夠測(cè)量極其微量的化學(xué)和生物分子，而且開啟了細(xì)胞內(nèi)探測(cè)的可能性，這將導(dǎo)致生物醫(yī)學(xué)上迷你型的侵入診斷技術(shù)出現(xiàn)。納米尺度量子點(diǎn)的其他器件應(yīng)用，比如，鐵磁量子點(diǎn)磁記憶器件、量子點(diǎn)自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經(jīng)被提出，可以肯定這些應(yīng)用會(huì)給我們帶來許多潛在的好處。總而言之，無論是從基礎(chǔ)研究（探索基于非經(jīng)典效應(yīng)的新物理現(xiàn)象）的觀念出發(fā)，還是從應(yīng)用（受因結(jié)構(gòu)減少空間維度而帶來的優(yōu)點(diǎn)以及因應(yīng)半導(dǎo)體器件特征尺寸持續(xù)減小而需要這兩個(gè)方面的因素驅(qū)使）的角度來看，納米結(jié)構(gòu)都是令人極其感興趣的。
II.納米結(jié)構(gòu)的制備———首次浪潮
有兩種制備納米結(jié)構(gòu)的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預(yù)制好的納米部件（納米團(tuán)簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結(jié)構(gòu)直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個(gè)基本步驟：1）納米部件的制備；2）納米部件的整理和篩選；3）納米部件組裝成器件（這可以包括不同的步驟如固定在襯底及電接觸的淀積等等）?！癰uild-up“的優(yōu)點(diǎn)是個(gè)體納米部件的制備成本低以及工藝簡(jiǎn)單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學(xué)合成可以用來制備納米元件。目前，在國內(nèi)、在香港以及在世界上許多的實(shí)驗(yàn)室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團(tuán)簇。這些努力已經(jīng)證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點(diǎn)是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當(dāng)大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結(jié)構(gòu)的合成后工藝再加工相當(dāng)困難。特別是，如何整理和篩選有著窄尺寸分布的納米元件是一個(gè)至關(guān)重要的問題，這一問題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問題，“build-up“依然是一種能合成大量納米團(tuán)簇以及納米線、納米管的有效且簡(jiǎn)單的方法?？墒沁@些合成的納米結(jié)構(gòu)直到目前為止仍然難以有什么實(shí)際應(yīng)用，這是因?yàn)樗鼈內(nèi)狈?shí)用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且，因?yàn)橥瑯拥脑蛴眠@種方法合成的納米結(jié)構(gòu)的功能性質(zhì)相當(dāng)差。不過上述方法似乎適宜用來制造傳感器件以及生物和化學(xué)探測(cè)器，原因是垂直于襯底生長的納米結(jié)構(gòu)適合此類的應(yīng)用要求。
“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機(jī)理與現(xiàn)代工業(yè)裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術(shù)如分子束外延(MBE)、化學(xué)氣相淀積（MOVCD）等來進(jìn)行器件制造的傳統(tǒng)方法?！癇uild-down”方法的缺點(diǎn)是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術(shù)路徑來制造納米結(jié)構(gòu)。最簡(jiǎn)單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結(jié)構(gòu)來得到量子點(diǎn)或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結(jié)構(gòu)。這兩種技術(shù)都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術(shù)是通過自組裝機(jī)制來制造量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長模式中，當(dāng)材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉(zhuǎn)換成三維的島狀生長，這時(shí)量子點(diǎn)就會(huì)生成。業(yè)已證明基于自組裝量子點(diǎn)的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點(diǎn)器件的飽和材料增益要比相應(yīng)的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個(gè)量級(jí)。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級(jí)（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續(xù)波量子點(diǎn)激光器也已經(jīng)報(bào)道。無論是何種材料系統(tǒng)，量子點(diǎn)激光器件都預(yù)期具有低閾值電流密度，這預(yù)示目前還要求在大閾值電流條件下才能激射的寬帶系材料如III組氮化物基激光器還有很大的顯著改善其性能的空間。目前這類器件的性能已經(jīng)接近或達(dá)到商業(yè)化器件所要求的指標(biāo)，預(yù)期量子點(diǎn)基的此類材料激光器將很快在市場(chǎng)上出現(xiàn)。量子點(diǎn)基光電子器件的進(jìn)一步改善主要取決于量子點(diǎn)幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。雖然在生長條件上如襯底溫度、生長元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點(diǎn)的尺寸和密度，自組裝量子點(diǎn)還是典型底表現(xiàn)出在大小、密度及位置上的隨機(jī)變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的漲落導(dǎo)致它們的光發(fā)射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優(yōu)點(diǎn)。由于量子點(diǎn)尺寸的統(tǒng)計(jì)漲落和位置的隨機(jī)變化，一層含有自組裝量子點(diǎn)材料的光致發(fā)光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中這種譜展寬效應(yīng)可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點(diǎn)可典型地展現(xiàn)出豎直對(duì)準(zhǔn)排列，這可以有效地改善量子點(diǎn)的均勻性。然而，當(dāng)隔離層薄的時(shí)候，在一列量子點(diǎn)中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統(tǒng)而帶來的優(yōu)點(diǎn)。怎樣優(yōu)化量子點(diǎn)的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點(diǎn)又同時(shí)保持載流子能夠限制在量子點(diǎn)的個(gè)體中對(duì)于獲得器件的良好性能是至關(guān)重要的。
很清楚納米科學(xué)的首次浪潮發(fā)生在過去的十年中。在這段時(shí)期，研究者已經(jīng)證明了納米結(jié)構(gòu)的許多嶄新的性質(zhì)。學(xué)者們更進(jìn)一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)制造。這些成果向我們展示，如果納米結(jié)構(gòu)能夠大量且廉價(jià)地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。
在未來的十年中，納米科學(xué)和技術(shù)的第二次浪潮很可能發(fā)生。在這個(gè)新的時(shí)期，科學(xué)家和工程師需要征明納米結(jié)構(gòu)的潛能以及期望功能能夠得到兌現(xiàn)。只有獲得在尺寸、成份、位序以及材料純度上良好可控能力并成功地制造出實(shí)用器件才能實(shí)現(xiàn)人們對(duì)納米器件所期望的功能。因此，納米科學(xué)的下次浪潮的關(guān)鍵點(diǎn)是納米結(jié)構(gòu)的人為可控性。
III.納米結(jié)構(gòu)尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮
為了充分發(fā)揮量子點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)之處，我們必須能夠控制量子點(diǎn)的位置、大小、成份已及密度。其中一個(gè)可行的方法是將量子點(diǎn)生長在已經(jīng)預(yù)刻有圖形的襯底上。由于量子點(diǎn)的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發(fā)態(tài)子能級(jí)效應(yīng)，如對(duì)于GaN材料量子點(diǎn)的橫向尺寸要小于8納米）才能實(shí)現(xiàn)室溫工作的光電子器件，在襯底上刻蝕如此小的圖形是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。對(duì)于單電子晶體管來說，如果它們能在室溫下工作，則要求量子點(diǎn)的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過了傳統(tǒng)光刻所能達(dá)到的精度極限。有幾項(xiàng)技術(shù)可望用于如此的襯底圖形制作。
—電子束光刻通?？梢杂脕碇谱魈卣鞒叨刃≈?0納米的圖形。如果特殊薄膜能夠用作襯底來最小化電子散射問題，那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來。在電子束光刻中的電子散射因?yàn)樗^近鄰干擾效應(yīng)（proximityeffect）而嚴(yán)重影響了光刻的極限精度，這個(gè)效應(yīng)造成制備空間上緊鄰的納米結(jié)構(gòu)的困難。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是相當(dāng)費(fèi)時(shí)。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時(shí)間1小時(shí)，這不適宜于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。電子束投影系統(tǒng)如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發(fā)展之中以便使這項(xiàng)技術(shù)較適于用于規(guī)模生產(chǎn)。目前，耗時(shí)和近鄰干擾效應(yīng)這兩個(gè)問題還沒有得到解決。
—聚焦離子束光刻是一種機(jī)制上類似于電子束光刻的技術(shù)。但不同于電子束光刻的是這種技術(shù)并不受在光刻膠中的離子散射以及從襯底來的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細(xì)到6納米的圖形，但它也是一種耗時(shí)的技術(shù)，而且高能離子束可能造成襯底損傷。
—掃描微探針術(shù)可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個(gè)原子和分子。最常用的方法是基于材料在探針作用下引入的高度局域化增強(qiáng)的氧化機(jī)制的。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導(dǎo)體（Si和GaAs）以及絕緣材料（Si3N4和silohexanes），還用在LB膜和自聚集分子單膜上。此種方法具有可逆和簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)。引入的氧化圖形依賴于實(shí)驗(yàn)條件如掃描速度、樣片偏壓以及環(huán)境濕度等。空間分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區(qū)域典型地小于針尖尺寸）。這項(xiàng)技術(shù)已用于制造有序的量子點(diǎn)陣列和單電子晶體管。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級(jí)）。然而，最近在原子力顯微術(shù)上的技術(shù)進(jìn)展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項(xiàng)技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)是它的杰出的分辨率和能產(chǎn)生任意幾何形狀的圖形能力。但是，是否在刻寫速度上的改善能使它適用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的還有待于觀察。直到目前為止，它是一項(xiàng)能操控單個(gè)原子和分子的唯一技術(shù)。
—多孔膜作為淀積掩版的技術(shù)。多孔膜能用多種光刻術(shù)再加腐蝕來制備，它也可以用簡(jiǎn)單的陽極氧化方法來制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽極氧化就可以在鋁膜上產(chǎn)生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范圍。制備多孔膜的其他方法是從納米溝道玻璃膜復(fù)制。用這項(xiàng)技術(shù)已制造出含有細(xì)至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。
—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術(shù)是一種基于不同聚合物的混合物能夠產(chǎn)生可控及可重復(fù)的相分離機(jī)制的技術(shù)。目前，經(jīng)過反應(yīng)離子刻蝕后，在旋轉(zhuǎn)涂敷的倍塞共聚物層中產(chǎn)生的圖形已被成功地轉(zhuǎn)移到Si3N4膜上，圖形中空洞直徑20nm，空洞之間間距40nm。在聚苯乙烯基體中的自組織形成的聚異戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱體）可以被臭氧去掉或者通過鋨染色而保留下來。在第一種情況，空洞能夠在氮化硅上產(chǎn)生；在第二種情況，島狀結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生。目前利用倍塞共聚物光刻技術(shù)已制造出GaAs納米結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向特征尺寸約為23nm,密度高達(dá)1011/cm2。
—與倍塞共聚物圖形制作術(shù)緊密相關(guān)的一項(xiàng)技術(shù)是納米球珠光刻術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的基本思路是將在旋轉(zhuǎn)涂敷的球珠膜中形成的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業(yè)化的產(chǎn)品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比較困難的。用球珠單層膜已能制備出特征尺寸約為球珠直徑1/5的三角形圖形。雙層膜納米球珠掩膜版也已被制作出。能夠在金屬、半導(dǎo)體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術(shù)的能力已得到確認(rèn)。納米球珠光刻術(shù)（納米球珠膜的旋轉(zhuǎn)涂敷結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕）已被用來在一些半導(dǎo)體表面上制造空洞和柱狀體納米結(jié)構(gòu)。
—將圖形從母體版轉(zhuǎn)移到襯底上的其他光刻技術(shù)。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復(fù)制鑄模法、微接觸印刷法、溶劑輔助鑄模法以及用硬模版浮雕法等已被探索開發(fā)。其中微接觸印刷法已被證明只能用來刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復(fù)制鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是ellastometric聚合物可被用來制作成一個(gè)戳子，以便可用同一個(gè)戳子通過對(duì)戳子的機(jī)械加壓能夠制作不同側(cè)向尺寸的圖形。在溶劑輔助鑄模法和用硬模版浮雕法（或通常稱之為納米壓印術(shù)）之間的主要差異是，前者中溶劑被用于軟化聚合物，而后者中軟化聚合物依靠的是溫度變化。溶劑輔助鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是不需要加熱。納米壓印術(shù)已被證明可用來制作具有容量達(dá)400Gb/in2的納米激光光盤，在6英寸硅片上刻制亞100nm分辨的圖形，刻制10nmX40nm面積的長方形，以及在4英寸硅片上進(jìn)行圖形刻制。除傳統(tǒng)的平面納米壓印光刻法之外，滾軸型納米壓印光刻法也已被提出。在此類技術(shù)中溫度被發(fā)現(xiàn)是一個(gè)關(guān)鍵因素。此外，應(yīng)該選用具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物。為了取得高產(chǎn)，下列因素要解決：
1）大的戳子尺寸
2）高圖形密度戳子
3）低穿刺（lowsticking）
4）壓印溫度和壓力的優(yōu)化
5）長戳子壽命。
具有低穿刺率的大尺寸戳子已經(jīng)被制作出來。已有少量研究工作在試圖優(yōu)化壓印溫度和壓力，但顯然需要進(jìn)行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優(yōu)化參數(shù)。高圖形密度戳子的制作依然在發(fā)展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報(bào)告報(bào)道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進(jìn)行50次的浮刻而不需要中間清洗。報(bào)告指出最大的性能退化來自于嵌在戳子和聚合物之間的灰塵顆粒。如果戳子是從ellastometric母版制作出來的，抗穿刺層可能需要使用，而且進(jìn)行大約5次壓印后需要更換。值得關(guān)心的其他可能問題包括鑲嵌的灰塵顆引起的戳子損傷或聚合物中圖形損傷，以及連續(xù)壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進(jìn)一步的優(yōu)化和改良是必需的，但此項(xiàng)技術(shù)似乎有希望獲得高生產(chǎn)率。壓印過程包括對(duì)準(zhǔn)、加熱及冷卻循環(huán)等，整個(gè)過程所需時(shí)間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉(zhuǎn)換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環(huán)所需時(shí)間，因此可以縮短整個(gè)壓印過程時(shí)間。
IV．納米制造所面對(duì)的困難和挑戰(zhàn)
上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。目前，似乎沒有哪個(gè)單一種技術(shù)可以用來高產(chǎn)量地刻制納米尺度且任意形狀的圖形。我們可以將圖形刻制的全過程分成下列步驟：
1．在一塊模版上刻寫圖形
2．在過渡性或者功能性材料上復(fù)制模版上的圖形
3．轉(zhuǎn)移在過渡性或者功能性材料上復(fù)制的圖形。
很顯然第二步是最具挑戰(zhàn)性的一步。先前描述的各項(xiàng)技術(shù)，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術(shù)，已經(jīng)能夠刻寫非常細(xì)小的圖形。然而，這些技術(shù)都因相當(dāng)費(fèi)時(shí)而不適于規(guī)模生產(chǎn)。納米壓印術(shù)則因可作多片并行處理而可能解決規(guī)模生產(chǎn)問題。此項(xiàng)技術(shù)似乎很有希望，但是在它能被廣泛應(yīng)用之前現(xiàn)存的嚴(yán)重的材料問題必須加以解決。納米球珠和倍塞共聚物光刻術(shù)則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術(shù)中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術(shù)刻寫的納米結(jié)構(gòu)的形狀非常有限。當(dāng)這些技術(shù)被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長出有序的納米量子點(diǎn)陣列時(shí)，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的圖形。為了能夠制造出高質(zhì)量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉(zhuǎn)移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術(shù)典型地不產(chǎn)生或者產(chǎn)生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側(cè)墻的結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)樵谘谀０嫦乱欢ǔ潭鹊你@蝕是不可避免的，而這個(gè)鉆蝕決定性地影響微小結(jié)構(gòu)的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術(shù)，譬如，反應(yīng)離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優(yōu)化條件下可以獲得陡峭的側(cè)墻。直到今天大多數(shù)刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關(guān)于刻蝕引入損傷的研究嚴(yán)重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測(cè)到刻蝕引入的損傷。當(dāng)器件中的個(gè)別有源區(qū)尺寸小于100nm時(shí)，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因?yàn)樗械募{米結(jié)構(gòu)都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結(jié)構(gòu)表面或者靠近的任何缺陷。
隨著器件持續(xù)微型化的趨勢(shì)的發(fā)展，普通光刻技術(shù)的精度將很快達(dá)到它的由光的衍射定律以及材料物理性質(zhì)所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學(xué)近鄰干擾效應(yīng)等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術(shù)制備出。然而不大可能用普通光刻技術(shù)再進(jìn)一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術(shù)仍在研發(fā)之中，可是發(fā)展這些技術(shù)遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰(zhàn)性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關(guān)聯(lián)的近鄰干擾效應(yīng)問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術(shù)。掃描微探針技術(shù)提供了能分辨單個(gè)原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項(xiàng)技術(shù)卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達(dá)到可以接受的刻寫速度。利用轉(zhuǎn)移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術(shù)，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術(shù)則提供了實(shí)現(xiàn)成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的圖形僅局限于點(diǎn)狀或者柱狀圖形。對(duì)于制造相對(duì)簡(jiǎn)單的器件而言，此類技術(shù)是足夠用的，但并不能解決微電子工業(yè)所面對(duì)的問題。需要將圖形從一張模版復(fù)制到聚合物膜上的各種所謂“軟光刻“方法提供了一種并行刻寫的技術(shù)途徑。模版可以用其他慢寫技術(shù)來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復(fù)制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底，而且不像那些依賴化學(xué)自組裝圖形形成機(jī)制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產(chǎn)率，某些技術(shù)問題如穿刺及因灰塵導(dǎo)致的損傷等問題需要加以解決。對(duì)一個(gè)理想的納米刻寫技術(shù)而言，它的運(yùn)行和維修成本應(yīng)該低，它應(yīng)具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結(jié)構(gòu)的能力，還應(yīng)有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結(jié)構(gòu)的功能。此外，它也應(yīng)能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時(shí)至今日，仍然沒有任何一項(xiàng)能制作亞100nm圖形的單項(xiàng)技術(shù)能同時(shí)滿足上述所有條件?，F(xiàn)在還難說是否上述技術(shù)中的一種或者它們的某種組合會(huì)取代傳統(tǒng)的光刻技術(shù)。究竟是現(xiàn)有刻寫技術(shù)的組合還是一種全新的技術(shù)會(huì)成為最終的納米刻寫技術(shù)還有待于觀察。
另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是，為了更新我們關(guān)于納米結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和知識(shí)，有必要改善現(xiàn)有的表征技術(shù)或者發(fā)展一種新技術(shù)能夠用來表征單個(gè)納米尺度物體。由于自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力對(duì)于研究這些結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)是絕對(duì)至關(guān)重要的。目前表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力非常有限。譬如，沒有一種結(jié)構(gòu)表征工具能夠用來確定一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(shù)(TEM)能夠用來研究一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況，但是它不能提供有關(guān)表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術(shù)（STM）和原子力顯微術(shù)（AFM）能夠給出表面某區(qū)域的形貌，但它們并不能提供定量結(jié)構(gòu)信息好到能仔細(xì)理解表面性質(zhì)所要求的精度。當(dāng)近場(chǎng)光學(xué)方法能夠給出局部區(qū)域光譜信息時(shí)，它們能給出的關(guān)于局部雜質(zhì)濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術(shù)能夠擴(kuò)展到能夠用來研究單個(gè)納米體的表面和內(nèi)部情況，否則能夠得到的有關(guān)納米結(jié)構(gòu)的所有重要結(jié)構(gòu)和組份的定量信息非常有限。
V.展望
關(guān)鍵詞：納米科學(xué)納米技術(shù)納米管納米線納米團(tuán)簇半導(dǎo)體
NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution
Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.
Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor
I.引言
納米科學(xué)和技術(shù)所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結(jié)構(gòu)的制備和表征。在這個(gè)領(lǐng)域的研究舉世矚目。例如，美國政府2001財(cái)政年度在納米尺度科學(xué)上的投入要比2000財(cái)政年增長83%，達(dá)到5億美金。有兩個(gè)主要的理由導(dǎo)致人們對(duì)納米尺度結(jié)構(gòu)和器件的興趣的增加。第一個(gè)理由是，納米結(jié)構(gòu)（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學(xué)效應(yīng)占主導(dǎo)地位，這導(dǎo)致非經(jīng)典的行為，譬如，量子限制效應(yīng)和分立化的能態(tài)、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現(xiàn)象除引起人們對(duì)基礎(chǔ)物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實(shí)現(xiàn)的想法和觀念，例如，單電子輸運(yùn)器件和量子點(diǎn)激光器等。第二個(gè)理由是，在半導(dǎo)體工業(yè)有器件持續(xù)微型化的趨勢(shì)。根據(jù)“國際半導(dǎo)體技術(shù)路向（2001）“雜志，2005年前動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預(yù)期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預(yù)期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預(yù)期就會(huì)出現(xiàn)。到2005年類似的問題將預(yù)期出現(xiàn)在DRAM的制造過程中。半導(dǎo)體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術(shù)保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設(shè)計(jì)和制造方案，因?yàn)楫?dāng)MOS器件的尺寸縮小到一定程度時(shí)基礎(chǔ)物理極限就會(huì)達(dá)到。隨著傳統(tǒng)器件尺寸的進(jìn)一步縮小，量子效應(yīng)比如載流子邃穿會(huì)造成器件漏電流的增加，這是我們不想要的但卻是不可避免的。因此，解決方案將會(huì)是制造基于量子效應(yīng)操作機(jī)制的新型器件，以便小物理尺寸對(duì)器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我們能夠制造納米尺度的器件，我們肯定會(huì)獲益良多。譬如，在電子學(xué)上，單電子輸運(yùn)器件如單電子晶體管、旋轉(zhuǎn)柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數(shù)個(gè)而非以往的成千上萬的電子來運(yùn)作，這導(dǎo)致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關(guān)速度。在光電子學(xué)上，量子點(diǎn)激光器展現(xiàn)出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優(yōu)點(diǎn)，其中大微分增益可以產(chǎn)生大的調(diào)制帶寬。在傳感器件應(yīng)用上，納米傳感器和納米探測(cè)器能夠測(cè)量極其微量的化學(xué)和生物分子，而且開啟了細(xì)胞內(nèi)探測(cè)的可能性，這將導(dǎo)致生物醫(yī)學(xué)上迷你型的侵入診斷技術(shù)出現(xiàn)。納米尺度量子點(diǎn)的其他器件應(yīng)用，比如，鐵磁量子點(diǎn)磁記憶器件、量子點(diǎn)自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經(jīng)被提出，可以肯定這些應(yīng)用會(huì)給我們帶來許多潛在的好處?？偠灾?，無論是從基礎(chǔ)研究（探索基于非經(jīng)典效應(yīng)的新物理現(xiàn)象）的觀念出發(fā)，還是從應(yīng)用（受因結(jié)構(gòu)減少空間維度而帶來的優(yōu)點(diǎn)以及因應(yīng)半導(dǎo)體器件特征尺寸持續(xù)減小而需要這兩個(gè)方面的因素驅(qū)使）的角度來看，納米結(jié)構(gòu)都是令人極其感興趣的。
II.納米結(jié)構(gòu)的制備———首次浪潮
有兩種制備納米結(jié)構(gòu)的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預(yù)制好的納米部件（納米團(tuán)簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結(jié)構(gòu)直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個(gè)基本步驟：1）納米部件的制備；2）納米部件的整理和篩選；3）納米部件組裝成器件（這可以包括不同的步驟如固定在襯底及電接觸的淀積等等）。“build-up“的優(yōu)點(diǎn)是個(gè)體納米部件的制備成本低以及工藝簡(jiǎn)單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學(xué)合成可以用來制備納米元件。目前，在國內(nèi)、在香港以及在世界上許多的實(shí)驗(yàn)室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團(tuán)簇。這些努力已經(jīng)證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點(diǎn)是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當(dāng)大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結(jié)構(gòu)的合成后工藝再加工相當(dāng)困難。特別是，如何整理和篩選有著窄尺寸分布的納米元件是一個(gè)至關(guān)重要的問題，這一問題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問題，“build-up“依然是一種能合成大量納米團(tuán)簇以及納米線、納米管的有效且簡(jiǎn)單的方法。可是這些合成的納米結(jié)構(gòu)直到目前為止仍然難以有什么實(shí)際應(yīng)用，這是因?yàn)樗鼈內(nèi)狈?shí)用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且，因?yàn)橥瑯拥脑蛴眠@種方法合成的納米結(jié)構(gòu)的功能性質(zhì)相當(dāng)差。不過上述方法似乎適宜用來制造傳感器件以及生物和化學(xué)探測(cè)器，原因是垂直于襯底生長的納米結(jié)構(gòu)適合此類的應(yīng)用要求。
“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機(jī)理與現(xiàn)代工業(yè)裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術(shù)如分子束外延(MBE)、化學(xué)氣相淀積（MOVCD）等來進(jìn)行器件制造的傳統(tǒng)方法?！癇uild-down”方法的缺點(diǎn)是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術(shù)路徑來制造納米結(jié)構(gòu)。最簡(jiǎn)單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結(jié)構(gòu)來得到量子點(diǎn)或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結(jié)構(gòu)。這兩種技術(shù)都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術(shù)是通過自組裝機(jī)制來制造量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長模式中，當(dāng)材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉(zhuǎn)換成三維的島狀生長，這時(shí)量子點(diǎn)就會(huì)生成。業(yè)已證明基于自組裝量子點(diǎn)的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點(diǎn)器件的飽和材料增益要比相應(yīng)的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個(gè)量級(jí)。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級(jí)（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續(xù)波量子點(diǎn)激光器也已經(jīng)報(bào)道。無論是何種材料系統(tǒng)，量子點(diǎn)激光器件都預(yù)期具有低閾值電流密度，這預(yù)示目前還要求在大閾值電流條件下才能激射的寬帶系材料如III組氮化物基激光器還有很大的顯著改善其性能的空間。目前這類器件的性能已經(jīng)接近或達(dá)到商業(yè)化器件所要求的指標(biāo)，預(yù)期量子點(diǎn)基的此類材料激光器將很快在市場(chǎng)上出現(xiàn)。量子點(diǎn)基光電子器件的進(jìn)一步改善主要取決于量子點(diǎn)幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。雖然在生長條件上如襯底溫度、生長元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點(diǎn)的尺寸和密度，自組裝量子點(diǎn)還是典型底表現(xiàn)出在大小、密度及位置上的隨機(jī)變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的漲落導(dǎo)致它們的光發(fā)射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優(yōu)點(diǎn)。由于量子點(diǎn)尺寸的統(tǒng)計(jì)漲落和位置的隨機(jī)變化，一層含有自組裝量子點(diǎn)材料的光致發(fā)光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中這種譜展寬效應(yīng)可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點(diǎn)可典型地展現(xiàn)出豎直對(duì)準(zhǔn)排列，這可以有效地改善量子點(diǎn)的均勻性。然而，當(dāng)隔離層薄的時(shí)候，在一列量子點(diǎn)中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統(tǒng)而帶來的優(yōu)點(diǎn)。怎樣優(yōu)化量子點(diǎn)的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點(diǎn)又同時(shí)保持載流子能夠限制在量子點(diǎn)的個(gè)體中對(duì)于獲得器件的良好性能是至關(guān)重要的。
很清楚納米科學(xué)的首次浪潮發(fā)生在過去的十年中。在這段時(shí)期，研究者已經(jīng)證明了納米結(jié)構(gòu)的許多嶄新的性質(zhì)。學(xué)者們更進(jìn)一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)制造。這些成果向我們展示，如果納米結(jié)構(gòu)能夠大量且廉價(jià)地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。
在未來的十年中，納米科學(xué)和技術(shù)的第二次浪潮很可能發(fā)生。在這個(gè)新的時(shí)期，科學(xué)家和工程師需要征明納米結(jié)構(gòu)的潛能以及期望功能能夠得到兌現(xiàn)。只有獲得在尺寸、成份、位序以及材料純度上良好可控能力并成功地制造出實(shí)用器件才能實(shí)現(xiàn)人們對(duì)納米器件所期望的功能。因此，納米科學(xué)的下次浪潮的關(guān)鍵點(diǎn)是納米結(jié)構(gòu)的人為可控性。
III.納米結(jié)構(gòu)尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮
為了充分發(fā)揮量子點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)之處，我們必須能夠控制量子點(diǎn)的位置、大小、成份已及密度。其中一個(gè)可行的方法是將量子點(diǎn)生長在已經(jīng)預(yù)刻有圖形的襯底上。由于量子點(diǎn)的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發(fā)態(tài)子能級(jí)效應(yīng)，如對(duì)于GaN材料量子點(diǎn)的橫向尺寸要小于8納米）才能實(shí)現(xiàn)室溫工作的光電子器件，在襯底上刻蝕如此小的圖形是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。對(duì)于單電子晶體管來說，如果它們能在室溫下工作，則要求量子點(diǎn)的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過了傳統(tǒng)光刻所能達(dá)到的精度極限。有幾項(xiàng)技術(shù)可望用于如此的襯底圖形制作。
—電子束光刻通?？梢杂脕碇谱魈卣鞒叨刃≈?0納米的圖形。如果特殊薄膜能夠用作襯底來最小化電子散射問題，那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來。在電子束光刻中的電子散射因?yàn)樗^近鄰干擾效應(yīng)（proximityeffect）而嚴(yán)重影響了光刻的極限精度，這個(gè)效應(yīng)造成制備空間上緊鄰的納米結(jié)構(gòu)的困難。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是相當(dāng)費(fèi)時(shí)。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時(shí)間1小時(shí)，這不適宜于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。電子束投影系統(tǒng)如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發(fā)展之中以便使這項(xiàng)技術(shù)較適于用于規(guī)模生產(chǎn)。目前，耗時(shí)和近鄰干擾效應(yīng)這兩個(gè)問題還沒有得到解決。
—聚焦離子束光刻是一種機(jī)制上類似于電子束光刻的技術(shù)。但不同于電子束光刻的是這種技術(shù)并不受在光刻膠中的離子散射以及從襯底來的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細(xì)到6納米的圖形，但它也是一種耗時(shí)的技術(shù)，而且高能離子束可能造成襯底損傷。
—掃描微探針術(shù)可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個(gè)原子和分子。最常用的方法是基于材料在探針作用下引入的高度局域化增強(qiáng)的氧化機(jī)制的。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導(dǎo)體（Si和GaAs）以及絕緣材料（Si3N4和silohexanes），還用在LB膜和自聚集分子單膜上。此種方法具有可逆和簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)。引入的氧化圖形依賴于實(shí)驗(yàn)條件如掃描速度、樣片偏壓以及環(huán)境濕度等?？臻g分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區(qū)域典型地小于針尖尺寸）。這項(xiàng)技術(shù)已用于制造有序的量子點(diǎn)陣列和單電子晶體管。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級(jí)）。然而，最近在原子力顯微術(shù)上的技術(shù)進(jìn)展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項(xiàng)技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)是它的杰出的分辨率和能產(chǎn)生任意幾何形狀的圖形能力。但是，是否在刻寫速度上的改善能使它適用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的還有待于觀察。直到目前為止，它是一項(xiàng)能操控單個(gè)原子和分子的唯一技術(shù)。
—多孔膜作為淀積掩版的技術(shù)。多孔膜能用多種光刻術(shù)再加腐蝕來制備，它也可以用簡(jiǎn)單的陽極氧化方法來制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽極氧化就可以在鋁膜上產(chǎn)生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范圍。制備多孔膜的其他方法是從納米溝道玻璃膜復(fù)制。用這項(xiàng)技術(shù)已制造出含有細(xì)至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。
—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術(shù)是一種基于不同聚合物的混合物能夠產(chǎn)生可控及可重復(fù)的相分離機(jī)制的技術(shù)。目前，經(jīng)過反應(yīng)離子刻蝕后，在旋轉(zhuǎn)涂敷的倍塞共聚物層中產(chǎn)生的圖形已被成功地轉(zhuǎn)移到Si3N4膜上，圖形中空洞直徑20nm，空洞之間間距40nm。在聚苯乙烯基體中的自組織形成的聚異戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱體）可以被臭氧去掉或者通過鋨染色而保留下來。在第一種情況，空洞能夠在氮化硅上產(chǎn)生；在第二種情況，島狀結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生。目前利用倍塞共聚物光刻技術(shù)已制造出GaAs納米結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向特征尺寸約為23nm,密度高達(dá)1011/cm2。
—與倍塞共聚物圖形制作術(shù)緊密相關(guān)的一項(xiàng)技術(shù)是納米球珠光刻術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的基本思路是將在旋轉(zhuǎn)涂敷的球珠膜中形成的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業(yè)化的產(chǎn)品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比較困難的。用球珠單層膜已能制備出特征尺寸約為球珠直徑1/5的三角形圖形。雙層膜納米球珠掩膜版也已被制作出。能夠在金屬、半導(dǎo)體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術(shù)的能力已得到確認(rèn)。納米球珠光刻術(shù)（納米球珠膜的旋轉(zhuǎn)涂敷結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕）已被用來在一些半導(dǎo)體表面上制造空洞和柱狀體納米結(jié)構(gòu)。
—將圖形從母體版轉(zhuǎn)移到襯底上的其他光刻技術(shù)。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復(fù)制鑄模法、微接觸印刷法、溶劑輔助鑄模法以及用硬模版浮雕法等已被探索開發(fā)。其中微接觸印刷法已被證明只能用來刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復(fù)制鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是ellastometric聚合物可被用來制作成一個(gè)戳子，以便可用同一個(gè)戳子通過對(duì)戳子的機(jī)械加壓能夠制作不同側(cè)向尺寸的圖形。在溶劑輔助鑄模法和用硬模版浮雕法（或通常稱之為納米壓印術(shù)）之間的主要差異是，前者中溶劑被用于軟化聚合物，而后者中軟化聚合物依靠的是溫度變化。溶劑輔助鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是不需要加熱。納米壓印術(shù)已被證明可用來制作具有容量達(dá)400Gb/in2的納米激光光盤，在6英寸硅片上刻制亞100nm分辨的圖形，刻制10nmX40nm面積的長方形，以及在4英寸硅片上進(jìn)行圖形刻制。除傳統(tǒng)的平面納米壓印光刻法之外，滾軸型納米壓印光刻法也已被提出。在此類技術(shù)中溫度被發(fā)現(xiàn)是一個(gè)關(guān)鍵因素。此外，應(yīng)該選用具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物。為了取得高產(chǎn)，下列因素要解決：
1）大的戳子尺寸
2）高圖形密度戳子
3）低穿刺（lowsticking）
4）壓印溫度和壓力的優(yōu)化
5）長戳子壽命。
具有低穿刺率的大尺寸戳子已經(jīng)被制作出來。已有少量研究工作在試圖優(yōu)化壓印溫度和壓力，但顯然需要進(jìn)行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優(yōu)化參數(shù)。高圖形密度戳子的制作依然在發(fā)展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報(bào)告報(bào)道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進(jìn)行50次的浮刻而不需要中間清洗。報(bào)告指出最大的性能退化來自于嵌在戳子和聚合物之間的灰塵顆粒。如果戳子是從ellastometric母版制作出來的，抗穿刺層可能需要使用，而且進(jìn)行大約5次壓印后需要更換。值得關(guān)心的其他可能問題包括鑲嵌的灰塵顆引起的戳子損傷或聚合物中圖形損傷，以及連續(xù)壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進(jìn)一步的優(yōu)化和改良是必需的，但此項(xiàng)技術(shù)似乎有希望獲得高生產(chǎn)率。壓印過程包括對(duì)準(zhǔn)、加熱及冷卻循環(huán)等，整個(gè)過程所需時(shí)間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉(zhuǎn)換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環(huán)所需時(shí)間，因此可以縮短整個(gè)壓印過程時(shí)間。IV．納米制造所面對(duì)的困難和挑戰(zhàn)
上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。目前，似乎沒有哪個(gè)單一種技術(shù)可以用來高產(chǎn)量地刻制納米尺度且任意形狀的圖形。我們可以將圖形刻制的全過程分成下列步驟：
1．在一塊模版上刻寫圖形
2．在過渡性或者功能性材料上復(fù)制模版上的圖形
3．轉(zhuǎn)移在過渡性或者功能性材料上復(fù)制的圖形。
很顯然第二步是最具挑戰(zhàn)性的一步。先前描述的各項(xiàng)技術(shù)，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術(shù)，已經(jīng)能夠刻寫非常細(xì)小的圖形。然而，這些技術(shù)都因相當(dāng)費(fèi)時(shí)而不適于規(guī)模生產(chǎn)。納米壓印術(shù)則因可作多片并行處理而可能解決規(guī)模生產(chǎn)問題。此項(xiàng)技術(shù)似乎很有希望，但是在它能被廣泛應(yīng)用之前現(xiàn)存的嚴(yán)重的材料問題必須加以解決。納米球珠和倍塞共聚物光刻術(shù)則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術(shù)中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術(shù)刻寫的納米結(jié)構(gòu)的形狀非常有限。當(dāng)這些技術(shù)被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長出有序的納米量子點(diǎn)陣列時(shí)，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的圖形。為了能夠制造出高質(zhì)量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉(zhuǎn)移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術(shù)典型地不產(chǎn)生或者產(chǎn)生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側(cè)墻的結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)樵谘谀０嫦乱欢ǔ潭鹊你@蝕是不可避免的，而這個(gè)鉆蝕決定性地影響微小結(jié)構(gòu)的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術(shù)，譬如，反應(yīng)離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優(yōu)化條件下可以獲得陡峭的側(cè)墻。直到今天大多數(shù)刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關(guān)于刻蝕引入損傷的研究嚴(yán)重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測(cè)到刻蝕引入的損傷。當(dāng)器件中的個(gè)別有源區(qū)尺寸小于100nm時(shí)，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因?yàn)樗械募{米結(jié)構(gòu)都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結(jié)構(gòu)表面或者靠近的任何缺陷。
隨著器件持續(xù)微型化的趨勢(shì)的發(fā)展，普通光刻技術(shù)的精度將很快達(dá)到它的由光的衍射定律以及材料物理性質(zhì)所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學(xué)近鄰干擾效應(yīng)等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術(shù)制備出。然而不大可能用普通光刻技術(shù)再進(jìn)一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術(shù)仍在研發(fā)之中，可是發(fā)展這些技術(shù)遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰(zhàn)性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關(guān)聯(lián)的近鄰干擾效應(yīng)問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術(shù)。掃描微探針技術(shù)提供了能分辨單個(gè)原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項(xiàng)技術(shù)卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達(dá)到可以接受的刻寫速度。利用轉(zhuǎn)移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術(shù)，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術(shù)則提供了實(shí)現(xiàn)成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的圖形僅局限于點(diǎn)狀或者柱狀圖形。對(duì)于制造相對(duì)簡(jiǎn)單的器件而言，此類技術(shù)是足夠用的，但并不能解決微電子工業(yè)所面對(duì)的問題。需要將圖形從一張模版復(fù)制到聚合物膜上的各種所謂“軟光刻“方法提供了一種并行刻寫的技術(shù)途徑。模版可以用其他慢寫技術(shù)來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復(fù)制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底，而且不像那些依賴化學(xué)自組裝圖形形成機(jī)制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產(chǎn)率，某些技術(shù)問題如穿刺及因灰塵導(dǎo)致的損傷等問題需要加以解決。對(duì)一個(gè)理想的納米刻寫技術(shù)而言，它的運(yùn)行和維修成本應(yīng)該低，它應(yīng)具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結(jié)構(gòu)的能力，還應(yīng)有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結(jié)構(gòu)的功能。此外，它也應(yīng)能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時(shí)至今日，仍然沒有任何一項(xiàng)能制作亞100nm圖形的單項(xiàng)技術(shù)能同時(shí)滿足上述所有條件?，F(xiàn)在還難說是否上述技術(shù)中的一種或者它們的某種組合會(huì)取代傳統(tǒng)的光刻技術(shù)。究竟是現(xiàn)有刻寫技術(shù)的組合還是一種全新的技術(shù)會(huì)成為最終的納米刻寫技術(shù)還有待于觀察。
另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是，為了更新我們關(guān)于納米結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和知識(shí)，有必要改善現(xiàn)有的表征技術(shù)或者發(fā)展一種新技術(shù)能夠用來表征單個(gè)納米尺度物體。由于自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力對(duì)于研究這些結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)是絕對(duì)至關(guān)重要的。目前表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力非常有限。譬如，沒有一種結(jié)構(gòu)表征工具能夠用來確定一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(shù)(TEM)能夠用來研究一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況，但是它不能提供有關(guān)表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術(shù)（STM）和原子力顯微術(shù)（AFM）能夠給出表面某區(qū)域的形貌，但它們并不能提供定量結(jié)構(gòu)信息好到能仔細(xì)理解表面性質(zhì)所要求的精度。當(dāng)近場(chǎng)光學(xué)方法能夠給出局部區(qū)域光譜信息時(shí)，它們能給出的關(guān)于局部雜質(zhì)濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術(shù)能夠擴(kuò)展到能夠用來研究單個(gè)納米體的表面和內(nèi)部情況，否則能夠得到的有關(guān)納米結(jié)構(gòu)的所有重要結(jié)構(gòu)和組份的定量信息非常有限。
V.展望
關(guān)鍵詞：納米科學(xué)納米技術(shù)納米管納米線納米團(tuán)簇半導(dǎo)體
NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution
Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.
Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor
I.引言
納米科學(xué)和技術(shù)所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結(jié)構(gòu)的制備和表征。在這個(gè)領(lǐng)域的研究舉世矚目。例如，美國政府2001財(cái)政年度在納米尺度科學(xué)上的投入要比2000財(cái)政年增長83%，達(dá)到5億美金。有兩個(gè)主要的理由導(dǎo)致人們對(duì)納米尺度結(jié)構(gòu)和器件的興趣的增加。第一個(gè)理由是，納米結(jié)構(gòu)（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學(xué)效應(yīng)占主導(dǎo)地位，這導(dǎo)致非經(jīng)典的行為，譬如，量子限制效應(yīng)和分立化的能態(tài)、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現(xiàn)象除引起人們對(duì)基礎(chǔ)物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實(shí)現(xiàn)的想法和觀念，例如，單電子輸運(yùn)器件和量子點(diǎn)激光器等。第二個(gè)理由是，在半導(dǎo)體工業(yè)有器件持續(xù)微型化的趨勢(shì)。根據(jù)“國際半導(dǎo)體技術(shù)路向（2001）“雜志，2005年前動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預(yù)期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預(yù)期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預(yù)期就會(huì)出現(xiàn)。到2005年類似的問題將預(yù)期出現(xiàn)在DRAM的制造過程中。半導(dǎo)體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術(shù)保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設(shè)計(jì)和制造方案，因?yàn)楫?dāng)MOS器件的尺寸縮小到一定程度時(shí)基礎(chǔ)物理極限就會(huì)達(dá)到。隨著傳統(tǒng)器件尺寸的進(jìn)一步縮小，量子效應(yīng)比如載流子邃穿會(huì)造成器件漏電流的增加，這是我們不想要的但卻是不可避免的。因此，解決方案將會(huì)是制造基于量子效應(yīng)操作機(jī)制的新型器件，以便小物理尺寸對(duì)器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我們能夠制造納米尺度的器件，我們肯定會(huì)獲益良多。譬如，在電子學(xué)上，單電子輸運(yùn)器件如單電子晶體管、旋轉(zhuǎn)柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數(shù)個(gè)而非以往的成千上萬的電子來運(yùn)作，這導(dǎo)致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關(guān)速度。在光電子學(xué)上，量子點(diǎn)激光器展現(xiàn)出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優(yōu)點(diǎn)，其中大微分增益可以產(chǎn)生大的調(diào)制帶寬。在傳感器件應(yīng)用上，納米傳感器和納米探測(cè)器能夠測(cè)量極其微量的化學(xué)和生物分子，而且開啟了細(xì)胞內(nèi)探測(cè)的可能性，這將導(dǎo)致生物醫(yī)學(xué)上迷你型的侵入診斷技術(shù)出現(xiàn)。納米尺度量子點(diǎn)的其他器件應(yīng)用，比如，鐵磁量子點(diǎn)磁記憶器件、量子點(diǎn)自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經(jīng)被提出，可以肯定這些應(yīng)用會(huì)給我們帶來許多潛在的好處?？偠灾?，無論是從基礎(chǔ)研究（探索基于非經(jīng)典效應(yīng)的新物理現(xiàn)象）的觀念出發(fā)，還是從應(yīng)用（受因結(jié)構(gòu)減少空間維度而帶來的優(yōu)點(diǎn)以及因應(yīng)半導(dǎo)體器件特征尺寸持續(xù)減小而需要這兩個(gè)方面的因素驅(qū)使）的角度來看，納米結(jié)構(gòu)都是令人極其感興趣的。
II.納米結(jié)構(gòu)的制備———首次浪潮
有兩種制備納米結(jié)構(gòu)的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預(yù)制好的納米部件（納米團(tuán)簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結(jié)構(gòu)直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個(gè)基本步驟：1）納米部件的制備；2）納米部件的整理和篩選；3）納米部件組裝成器件（這可以包括不同的步驟如固定在襯底及電接觸的淀積等等）?！癰uild-up“的優(yōu)點(diǎn)是個(gè)體納米部件的制備成本低以及工藝簡(jiǎn)單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學(xué)合成可以用來制備納米元件。目前，在國內(nèi)、在香港以及在世界上許多的實(shí)驗(yàn)室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團(tuán)簇。這些努力已經(jīng)證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點(diǎn)是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當(dāng)大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結(jié)構(gòu)的合成后工藝再加工相當(dāng)困難。特別是，如何整理和篩選有著窄尺寸分布的納米元件是一個(gè)至關(guān)重要的問題，這一問題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問題，“build-up“依然是一種能合成大量納米團(tuán)簇以及納米線、納米管的有效且簡(jiǎn)單的方法?？墒沁@些合成的納米結(jié)構(gòu)直到目前為止仍然難以有什么實(shí)際應(yīng)用，這是因?yàn)樗鼈內(nèi)狈?shí)用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且，因?yàn)橥瑯拥脑蛴眠@種方法合成的納米結(jié)構(gòu)的功能性質(zhì)相當(dāng)差。不過上述方法似乎適宜用來制造傳感器件以及生物和化學(xué)探測(cè)器，原因是垂直于襯底生長的納米結(jié)構(gòu)適合此類的應(yīng)用要求。
“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機(jī)理與現(xiàn)代工業(yè)裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術(shù)如分子束外延(MBE)、化學(xué)氣相淀積（MOVCD）等來進(jìn)行器件制造的傳統(tǒng)方法?！癇uild-down”方法的缺點(diǎn)是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術(shù)路徑來制造納米結(jié)構(gòu)。最簡(jiǎn)單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結(jié)構(gòu)來得到量子點(diǎn)或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結(jié)構(gòu)。這兩種技術(shù)都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術(shù)是通過自組裝機(jī)制來制造量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長模式中，當(dāng)材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉(zhuǎn)換成三維的島狀生長，這時(shí)量子點(diǎn)就會(huì)生成。業(yè)已證明基于自組裝量子點(diǎn)的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點(diǎn)器件的飽和材料增益要比相應(yīng)的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個(gè)量級(jí)。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級(jí)（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續(xù)波量子點(diǎn)激光器也已經(jīng)報(bào)道。無論是何種材料系統(tǒng)，量子點(diǎn)激光器件都預(yù)期具有低閾值電流密度，這預(yù)示目前還要求在大閾值電流條件下才能激射的寬帶系材料如III組氮化物基激光器還有很大的顯著改善其性能的空間。目前這類器件的性能已經(jīng)接近或達(dá)到商業(yè)化器件所要求的指標(biāo)，預(yù)期量子點(diǎn)基的此類材料激光器將很快在市場(chǎng)上出現(xiàn)。量子點(diǎn)基光電子器件的進(jìn)一步改善主要取決于量子點(diǎn)幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。雖然在生長條件上如襯底溫度、生長元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點(diǎn)的尺寸和密度，自組裝量子點(diǎn)還是典型底表現(xiàn)出在大小、密度及位置上的隨機(jī)變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的漲落導(dǎo)致它們的光發(fā)射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優(yōu)點(diǎn)。由于量子點(diǎn)尺寸的統(tǒng)計(jì)漲落和位置的隨機(jī)變化，一層含有自組裝量子點(diǎn)材料的光致發(fā)光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中這種譜展寬效應(yīng)可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點(diǎn)可典型地展現(xiàn)出豎直對(duì)準(zhǔn)排列，這可以有效地改善量子點(diǎn)的均勻性。然而，當(dāng)隔離層薄的時(shí)候，在一列量子點(diǎn)中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統(tǒng)而帶來的優(yōu)點(diǎn)。怎樣優(yōu)化量子點(diǎn)的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點(diǎn)又同時(shí)保持載流子能夠限制在量子點(diǎn)的個(gè)體中對(duì)于獲得器件的良好性能是至關(guān)重要的。
很清楚納米科學(xué)的首次浪潮發(fā)生在過去的十年中。在這段時(shí)期，研究者已經(jīng)證明了納米結(jié)構(gòu)的許多嶄新的性質(zhì)。學(xué)者們更進(jìn)一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)制造。這些成果向我們展示，如果納米結(jié)構(gòu)能夠大量且廉價(jià)地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。
在未來的十年中，納米科學(xué)和技術(shù)的第二次浪潮很可能發(fā)生。在這個(gè)新的時(shí)期，科學(xué)家和工程師需要征明納米結(jié)構(gòu)的潛能以及期望功能能夠得到兌現(xiàn)。只有獲得在尺寸、成份、位序以及材料純度上良好可控能力并成功地制造出實(shí)用器件才能實(shí)現(xiàn)人們對(duì)納米器件所期望的功能。因此，納米科學(xué)的下次浪潮的關(guān)鍵點(diǎn)是納米結(jié)構(gòu)的人為可控性。
III.納米結(jié)構(gòu)尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮
為了充分發(fā)揮量子點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)之處，我們必須能夠控制量子點(diǎn)的位置、大小、成份已及密度。其中一個(gè)可行的方法是將量子點(diǎn)生長在已經(jīng)預(yù)刻有圖形的襯底上。由于量子點(diǎn)的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發(fā)態(tài)子能級(jí)效應(yīng)，如對(duì)于GaN材料量子點(diǎn)的橫向尺寸要小于8納米）才能實(shí)現(xiàn)室溫工作的光電子器件，在襯底上刻蝕如此小的圖形是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。對(duì)于單電子晶體管來說，如果它們能在室溫下工作，則要求量子點(diǎn)的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過了傳統(tǒng)光刻所能達(dá)到的精度極限。有幾項(xiàng)技術(shù)可望用于如此的襯底圖形制作。
—電子束光刻通?？梢杂脕碇谱魈卣鞒叨刃≈?0納米的圖形。如果特殊薄膜能夠用作襯底來最小化電子散射問題，那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來。在電子束光刻中的電子散射因?yàn)樗^近鄰干擾效應(yīng)（proximityeffect）而嚴(yán)重影響了光刻的極限精度，這個(gè)效應(yīng)造成制備空間上緊鄰的納米結(jié)構(gòu)的困難。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是相當(dāng)費(fèi)時(shí)。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時(shí)間1小時(shí)，這不適宜于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。電子束投影系統(tǒng)如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發(fā)展之中以便使這項(xiàng)技術(shù)較適于用于規(guī)模生產(chǎn)。目前，耗時(shí)和近鄰干擾效應(yīng)這兩個(gè)問題還沒有得到解決。
—聚焦離子束光刻是一種機(jī)制上類似于電子束光刻的技術(shù)。但不同于電子束光刻的是這種技術(shù)并不受在光刻膠中的離子散射以及從襯底來的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細(xì)到6納米的圖形，但它也是一種耗時(shí)的技術(shù)，而且高能離子束可能造成襯底損傷。
—掃描微探針術(shù)可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個(gè)原子和分子。最常用的方法是基于材料在探針作用下引入的高度局域化增強(qiáng)的氧化機(jī)制的。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導(dǎo)體（Si和GaAs）以及絕緣材料（Si3N4和silohexanes），還用在LB膜和自聚集分子單膜上。此種方法具有可逆和簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)。引入的氧化圖形依賴于實(shí)驗(yàn)條件如掃描速度、樣片偏壓以及環(huán)境濕度等?？臻g分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區(qū)域典型地小于針尖尺寸）。這項(xiàng)技術(shù)已用于制造有序的量子點(diǎn)陣列和單電子晶體管。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級(jí)）。然而，最近在原子力顯微術(shù)上的技術(shù)進(jìn)展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項(xiàng)技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)是它的杰出的分辨率和能產(chǎn)生任意幾何形狀的圖形能力。但是，是否在刻寫速度上的改善能使它適用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的還有待于觀察。直到目前為止，它是一項(xiàng)能操控單個(gè)原子和分子的唯一技術(shù)。
—多孔膜作為淀積掩版的技術(shù)。多孔膜能用多種光刻術(shù)再加腐蝕來制備，它也可以用簡(jiǎn)單的陽極氧化方法來制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽極氧化就可以在鋁膜上產(chǎn)生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范圍。制備多孔膜的其他方法是從納米溝道玻璃膜復(fù)制。用這項(xiàng)技術(shù)已制造出含有細(xì)至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。
—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術(shù)是一種基于不同聚合物的混合物能夠產(chǎn)生可控及可重復(fù)的相分離機(jī)制的技術(shù)。目前，經(jīng)過反應(yīng)離子刻蝕后，在旋轉(zhuǎn)涂敷的倍塞共聚物層中產(chǎn)生的圖形已被成功地轉(zhuǎn)移到Si3N4膜上，圖形中空洞直徑20nm，空洞之間間距40nm。在聚苯乙烯基體中的自組織形成的聚異戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱體）可以被臭氧去掉或者通過鋨染色而保留下來。在第一種情況，空洞能夠在氮化硅上產(chǎn)生；在第二種情況，島狀結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生。目前利用倍塞共聚物光刻技術(shù)已制造出GaAs納米結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向特征尺寸約為23nm,密度高達(dá)1011/cm2。
—與倍塞共聚物圖形制作術(shù)緊密相關(guān)的一項(xiàng)技術(shù)是納米球珠光刻術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的基本思路是將在旋轉(zhuǎn)涂敷的球珠膜中形成的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業(yè)化的產(chǎn)品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比較困難的。用球珠單層膜已能制備出特征尺寸約為球珠直徑1/5的三角形圖形。雙層膜納米球珠掩膜版也已被制作出。能夠在金屬、半導(dǎo)體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術(shù)的能力已得到確認(rèn)。納米球珠光刻術(shù)（納米球珠膜的旋轉(zhuǎn)涂敷結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕）已被用來在一些半導(dǎo)體表面上制造空洞和柱狀體納米結(jié)構(gòu)。
—將圖形從母體版轉(zhuǎn)移到襯底上的其他光刻技術(shù)。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復(fù)制鑄模法、微接觸印刷法、溶劑輔助鑄模法以及用硬模版浮雕法等已被探索開發(fā)。其中微接觸印刷法已被證明只能用來刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復(fù)制鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是ellastometric聚合物可被用來制作成一個(gè)戳子，以便可用同一個(gè)戳子通過對(duì)戳子的機(jī)械加壓能夠制作不同側(cè)向尺寸的圖形。在溶劑輔助鑄模法和用硬模版浮雕法（或通常稱之為納米壓印術(shù)）之間的主要差異是，前者中溶劑被用于軟化聚合物，而后者中軟化聚合物依靠的是溫度變化。溶劑輔助鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是不需要加熱。納米壓印術(shù)已被證明可用來制作具有容量達(dá)400Gb/in2的納米激光光盤，在6英寸硅片上刻制亞100nm分辨的圖形，刻制10nmX40nm面積的長方形，以及在4英寸硅片上進(jìn)行圖形刻制。除傳統(tǒng)的平面納米壓印光刻法之外，滾軸型納米壓印光刻法也已被提出。在此類技術(shù)中溫度被發(fā)現(xiàn)是一個(gè)關(guān)鍵因素。此外，應(yīng)該選用具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物。為了取得高產(chǎn)，下列因素要解決：
1）大的戳子尺寸
2）高圖形密度戳子
3）低穿刺（lowsticking）
4）壓印溫度和壓力的優(yōu)化
5）長戳子壽命。
具有低穿刺率的大尺寸戳子已經(jīng)被制作出來。已有少量研究工作在試圖優(yōu)化壓印溫度和壓力，但顯然需要進(jìn)行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優(yōu)化參數(shù)。高圖形密度戳子的制作依然在發(fā)展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報(bào)告報(bào)道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進(jìn)行50次的浮刻而不需要中間清洗。報(bào)告指出最大的性能退化來自于嵌在戳子和聚合物之間的灰塵顆粒。如果戳子是從ellastometric母版制作出來的，抗穿刺層可能需要使用，而且進(jìn)行大約5次壓印后需要更換。值得關(guān)心的其他可能問題包括鑲嵌的灰塵顆引起的戳子損傷或聚合物中圖形損傷，以及連續(xù)壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進(jìn)一步的優(yōu)化和改良是必需的，但此項(xiàng)技術(shù)似乎有希望獲得高生產(chǎn)率。壓印過程包括對(duì)準(zhǔn)、加熱及冷卻循環(huán)等，整個(gè)過程所需時(shí)間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉(zhuǎn)換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環(huán)所需時(shí)間，因此可以縮短整個(gè)壓印過程時(shí)間。
IV．納米制造所面對(duì)的困難和挑戰(zhàn)
上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。目前，似乎沒有哪個(gè)單一種技術(shù)可以用來高產(chǎn)量地刻制納米尺度且任意形狀的圖形。我們可以將圖形刻制的全過程分成下列步驟：
1．在一塊模版上刻寫圖形
2．在過渡性或者功能性材料上復(fù)制模版上的圖形
3．轉(zhuǎn)移在過渡性或者功能性材料上復(fù)制的圖形。
很顯然第二步是最具挑戰(zhàn)性的一步。先前描述的各項(xiàng)技術(shù)，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術(shù)，已經(jīng)能夠刻寫非常細(xì)小的圖形。然而，這些技術(shù)都因相當(dāng)費(fèi)時(shí)而不適于規(guī)模生產(chǎn)。納米壓印術(shù)則因可作多片并行處理而可能解決規(guī)模生產(chǎn)問題。此項(xiàng)技術(shù)似乎很有希望，但是在它能被廣泛應(yīng)用之前現(xiàn)存的嚴(yán)重的材料問題必須加以解決。納米球珠和倍塞共聚物光刻術(shù)則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術(shù)中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術(shù)刻寫的納米結(jié)構(gòu)的形狀非常有限。當(dāng)這些技術(shù)被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長出有序的納米量子點(diǎn)陣列時(shí)，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的圖形。為了能夠制造出高質(zhì)量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉(zhuǎn)移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術(shù)典型地不產(chǎn)生或者產(chǎn)生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側(cè)墻的結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)樵谘谀０嫦乱欢ǔ潭鹊你@蝕是不可避免的，而這個(gè)鉆蝕決定性地影響微小結(jié)構(gòu)的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術(shù)，譬如，反應(yīng)離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優(yōu)化條件下可以獲得陡峭的側(cè)墻。直到今天大多數(shù)刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關(guān)于刻蝕引入損傷的研究嚴(yán)重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測(cè)到刻蝕引入的損傷。當(dāng)器件中的個(gè)別有源區(qū)尺寸小于100nm時(shí)，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因?yàn)樗械募{米結(jié)構(gòu)都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結(jié)構(gòu)表面或者靠近的任何缺陷。
隨著器件持續(xù)微型化的趨勢(shì)的發(fā)展，普通光刻技術(shù)的精度將很快達(dá)到它的由光的衍射定律以及材料物理性質(zhì)所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學(xué)近鄰干擾效應(yīng)等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術(shù)制備出。然而不大可能用普通光刻技術(shù)再進(jìn)一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術(shù)仍在研發(fā)之中，可是發(fā)展這些技術(shù)遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰(zhàn)性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關(guān)聯(lián)的近鄰干擾效應(yīng)問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術(shù)。掃描微探針技術(shù)提供了能分辨單個(gè)原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項(xiàng)技術(shù)卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達(dá)到可以接受的刻寫速度。利用轉(zhuǎn)移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術(shù)，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術(shù)則提供了實(shí)現(xiàn)成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的圖形僅局限于點(diǎn)狀或者柱狀圖形。對(duì)于制造相對(duì)簡(jiǎn)單的器件而言，此類技術(shù)是足夠用的，但并不能解決微電子工業(yè)所面對(duì)的問題。需要將圖形從一張模版復(fù)制到聚合物膜上的各種所謂“軟光刻“方法提供了一種并行刻寫的技術(shù)途徑。模版可以用其他慢寫技術(shù)來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復(fù)制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底，而且不像那些依賴化學(xué)自組裝圖形形成機(jī)制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產(chǎn)率，某些技術(shù)問題如穿刺及因灰塵導(dǎo)致的損傷等問題需要加以解決。對(duì)一個(gè)理想的納米刻寫技術(shù)而言，它的運(yùn)行和維修成本應(yīng)該低，它應(yīng)具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結(jié)構(gòu)的能力，還應(yīng)有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結(jié)構(gòu)的功能。此外，它也應(yīng)能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時(shí)至今日，仍然沒有任何一項(xiàng)能制作亞100nm圖形的單項(xiàng)技術(shù)能同時(shí)滿足上述所有條件?，F(xiàn)在還難說是否上述技術(shù)中的一種或者它們的某種組合會(huì)取代傳統(tǒng)的光刻技術(shù)。究竟是現(xiàn)有刻寫技術(shù)的組合還是一種全新的技術(shù)會(huì)成為最終的納米刻寫技術(shù)還有待于觀察。
另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是，為了更新我們關(guān)于納米結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和知識(shí)，有必要改善現(xiàn)有的表征技術(shù)或者發(fā)展一種新技術(shù)能夠用來表征單個(gè)納米尺度物體。由于自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力對(duì)于研究這些結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)是絕對(duì)至關(guān)重要的。目前表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力非常有限。譬如，沒有一種結(jié)構(gòu)表征工具能夠用來確定一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(shù)(TEM)能夠用來研究一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況，但是它不能提供有關(guān)表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術(shù)（STM）和原子力顯微術(shù)（AFM）能夠給出表面某區(qū)域的形貌，但它們并不能提供定量結(jié)構(gòu)信息好到能仔細(xì)理解表面性質(zhì)所要求的精度。當(dāng)近場(chǎng)光學(xué)方法能夠給出局部區(qū)域光譜信息時(shí)，它們能給出的關(guān)于局部雜質(zhì)濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術(shù)能夠擴(kuò)展到能夠用來研究單個(gè)納米體的表面和內(nèi)部情況，否則能夠得到的有關(guān)納米結(jié)構(gòu)的所有重要結(jié)構(gòu)和組份的定量信息非常有限。
V.展望
碩士論文應(yīng)能表明作者確已在本門學(xué)科上掌握了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)的專門知識(shí)，并對(duì)所研究課題有新的見解，有從事科學(xué)研究工作或獨(dú)立擔(dān)負(fù)專門技術(shù)工作的能力。博士論文應(yīng)能表明作者確已在本門學(xué)科上掌握了堅(jiān)實(shí)寬廣的基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)深入的專門知識(shí)，并具有獨(dú)立從事科學(xué)研究工作的能力，在科學(xué)或?qū)ｉT技術(shù)上做出了創(chuàng)造性的成果。 2.3 學(xué)術(shù)論文學(xué)術(shù)論文是某一學(xué)術(shù)課題在實(shí)驗(yàn)性、理論性或觀測(cè)性上具有新的科學(xué)研究成果或創(chuàng)新見解和知識(shí)的科學(xué)記錄；或是某種已知原理應(yīng)用于實(shí)際中取得新進(jìn)展的科學(xué)總結(jié)，用以提供學(xué)術(shù)會(huì)議上宣讀、交流或討論；或在學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表；或作其他用途的書面文件。學(xué)術(shù)論文應(yīng)提供新的科技信息，其內(nèi)容應(yīng)有所發(fā)現(xiàn)、有所發(fā)明、有所創(chuàng)造、有所前進(jìn)，而不是重復(fù)、模仿、抄襲前人的工作。 3 編寫要求 報(bào)告、論文的中文稿必須用白色稿紙單面繕寫或打字；外文稿必須用打字。可以用不褪色的復(fù)制本。報(bào)告、論文宜用(210mm×297mm)標(biāo)準(zhǔn)大小的白紙，應(yīng)便于閱讀、復(fù)制和拍攝縮微制品。報(bào)告、論文在書寫、打字或印刷時(shí)，要求紙的四周留足空白邊緣，以便裝訂、復(fù)制和讀者批注。每一面的上方(天頭)和左側(cè)(訂口)應(yīng)分別留邊25mm以上，下方(地腳)和右側(cè)(切口)應(yīng)分別留邊20mm以上。 4 編寫格式 4.1 報(bào)告、論文章、條的編號(hào)參照國家標(biāo)準(zhǔn) GB1.1《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn)編寫的基本規(guī)定》第8章“標(biāo)準(zhǔn)條文的編排”的有關(guān)規(guī)定，采用阿拉伯?dāng)?shù)字分級(jí)編號(hào)。 4.2 報(bào)告、論文的構(gòu)成 5 前置部分 5.1 封面 5.1.1 封面是報(bào)告、論文的外表面，提供應(yīng)有的信息，并起保護(hù)作用。封面不是必不可少的。學(xué)術(shù)論文如作為期刊、書或其他出版物的一部分，無需封面；如作為預(yù)印本、抽印本等單行本時(shí)，可以有封面。 5.1.2 封面上可包括下列內(nèi)容： a.分類號(hào)在左上角注明分類號(hào)，便于信息交換和處理。一般應(yīng)注明《中國圖書資料分類法》的類號(hào)，同時(shí)應(yīng)盡可能注明《國際十進(jìn)分類法UDC》的類號(hào)。
b.本單位編號(hào)一般標(biāo)注在右上角。學(xué)術(shù)論文無必要。
c.密級(jí)視報(bào)告、論文的內(nèi)容，按國家規(guī)定的保密條例，在右上角注明密級(jí)。如系公開發(fā)行，不注密級(jí)。
d.題名和副題名或分冊(cè)題名用大號(hào)字標(biāo)注于明顯地位。
關(guān)鍵詞：科學(xué)技術(shù)異同比較概念厘清
Abstract:AlthoughScienceandTechnologyhavecloseconnectionandsimilarities,butafteralltheyaretwodifferentconcepts.Thispaperdiscussestheirdifferencesfromthepursuingaim，researchableobject，activity''''sdirection，processofquesting，concernedproblems，adoptivemethods，thoughtmodes，constitutiveelements，languageexpressions，finalresults，evaluativestandards，containsofvalues，normoffollowing，occupationalconstitution，socialinfluences，historicaloriginanddevelopment，developmentandprogress.
KeyWords:science,technology,comparisonofsimilaritiesanddifferences,clarifyvingconcepts.
在現(xiàn)代，科學(xué)和技術(shù)關(guān)系密切，之所以如此，除了二者相互依賴和相互促進(jìn)——科學(xué)要借助技術(shù)更新設(shè)備、啟示問題、激勵(lì)靈感，技術(shù)要借助科學(xué)提高理論水準(zhǔn)、擴(kuò)展發(fā)明視野、開拓新奇領(lǐng)地——之外，也在于科學(xué)和技術(shù)確實(shí)有諸多相通或相近之處。正如考爾丁所說，科學(xué)和技術(shù)二者都處理物理世界，使用相同種類的物質(zhì)世界的知識(shí)。二者在研究中使用經(jīng)驗(yàn)方法，雇用在科學(xué)中受訓(xùn)練的人，使用類似的詞匯表。技術(shù)因它所應(yīng)用的知識(shí)依賴科學(xué)，有時(shí)也為科學(xué)進(jìn)展提供未加工的材料，即新觀察或其他的激勵(lì)研究的東西。
考爾丁只是籠統(tǒng)論之。其實(shí)，條分縷析一下科學(xué)和技術(shù)的各個(gè)要素，問題就更清楚了。例如，在建制方面，科學(xué)與技術(shù)都是高度創(chuàng)造性的行當(dāng)，它們都給予那些能夠以有意思的方法合成完全不會(huì)在其他人那里發(fā)生的思想的人們以一種獎(jiǎng)勵(lì)。在規(guī)范方面，科學(xué)和技術(shù)都具有非本地化和世界主義的特征?？茖W(xué)不是由于定義才是普適的，而是通過許多努力消解本地發(fā)現(xiàn)的與境的。技術(shù)不是自動(dòng)地可用于其他境況的，它要求技術(shù)和境況兩方面適應(yīng)，以創(chuàng)造起作用的技術(shù)。這個(gè)消解與境過程的社會(huì)方面也是深入科學(xué)和技術(shù)之域消解與境，它在于在實(shí)踐、流通和網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造之間的交流。在結(jié)構(gòu)方面，一切科學(xué)都有理論、觀察、實(shí)驗(yàn)這三個(gè)部分，技術(shù)同樣如此。因此，把技術(shù)和科學(xué)對(duì)立起來的做法是毫無意義的?？茖W(xué)和技術(shù)都進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn)，提出理論，提出關(guān)于（通過實(shí)驗(yàn)）造成一定條件的方式的陳述。在基礎(chǔ)研究問題上二者也有一定的重合。在方法方面，技術(shù)研究與科學(xué)研究沒有什么區(qū)別。其研究周期圖式都是一樣的：確定問題；用現(xiàn)行的理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)解決問題；倘若嘗試失敗，就找出某些可能的解決問題的假設(shè)以至整個(gè)假設(shè)-演繹系統(tǒng)；借助新概念系統(tǒng)尋求問題的解決；檢驗(yàn)解決問題與結(jié)果；對(duì)假設(shè)或初始問題的表達(dá)方式做出必要的修正。在評(píng)價(jià)方面，
任何特定技術(shù)的發(fā)展是否值得的裁決必須永遠(yuǎn)是暫定的，對(duì)借助新證據(jù)重新評(píng)價(jià)是開放的。以這種方式，對(duì)于科學(xué)使用的問題不能給出永恒的答案，正如科學(xué)理論本身的真理問題不能給出永恒的答案一樣。
特別使我們感興趣的是，在哲學(xué)底蘊(yùn)方面，科學(xué)和技術(shù)都體現(xiàn)了操縱或擺布的思想。西方科學(xué)是作為實(shí)驗(yàn)科學(xué)發(fā)展起來的，而為了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，它必須發(fā)展精確和可靠的操縱能力，也就是說進(jìn)行檢驗(yàn)的技術(shù)，人們操縱擺弄是為了檢驗(yàn)。技術(shù)也操縱自然界的對(duì)象，同時(shí)也引起新的人操縱人的過程，或者說社會(huì)實(shí)體操縱人類個(gè)人的過程。隨著技術(shù)的發(fā)展發(fā)明了新的和十分微妙的操縱方式，在這種方式中，對(duì)事物的操縱同時(shí)需要人類接受操縱技術(shù)的奴役。
也許正是由于這些相通或相近之處，不少人認(rèn)為，科學(xué)和技術(shù)沒有本質(zhì)上的不同，或者沒有原則性的區(qū)別，在二者之間是無法劃界的。譬如，克羅斯和巴克堅(jiān)持，在20世紀(jì)，科學(xué)和技術(shù)就形式而言似乎是一個(gè)有機(jī)的整體，在不把二者蠻橫地弄得支離破碎的情況下，不可能把科學(xué)和技術(shù)作為分離的實(shí)體與整體分開。雷斯蒂沃則一言以蔽之，純粹科學(xué)的神話是近代科學(xué)作為禮拜堂的基石。近代科學(xué)的意識(shí)形態(tài)使我們之中的許多人相信，在科學(xué)和技術(shù)之間可以劃界，并因我們社會(huì)和環(huán)境的疾病而責(zé)備技術(shù)。
誠然，在科學(xué)和技術(shù)之間“存在邊界起初不可能十分尖銳地顯示出來的領(lǐng)域，正如在遺傳工程和基因治療的情況中那樣”。誠然，“許多現(xiàn)代建制的探究形式把科學(xué)的知識(shí)進(jìn)展的興趣與特定技術(shù)的較大效率的目標(biāo)融合在一起，一致在二者之間不存在建制上的劃線?？茖W(xué)和技術(shù)在醫(yī)學(xué)科學(xué)沒有簡(jiǎn)單的可維持的區(qū)分，雖然在極端的對(duì)照中是清楚的?！闭\然，在科學(xué)和技術(shù)之間的任何區(qū)分實(shí)際上都可能強(qiáng)烈地受到意識(shí)形態(tài)因素的影響，如規(guī)劃的制定和資金的提供就涉及區(qū)分問題?？茖W(xué)和技術(shù)的區(qū)分還缺乏明晰的和毫不含糊的劃界標(biāo)準(zhǔn)，在一種與境中是所謂“科學(xué)”和“科學(xué)的”東西，在另一種與境中往往被稱為“技術(shù)”和“技術(shù)的”東西，反之亦然。然而，
不管怎樣，從學(xué)理上講，科學(xué)和技術(shù)畢竟不是一回事，二者的區(qū)別眾多而明顯。從實(shí)踐上講，把二者混同起來，也會(huì)在實(shí)際工作造成不應(yīng)有的危害——我國科學(xué)政策和科研管理方面的諸多偏差，在很大程度上歸因于混淆了科學(xué)和技術(shù)的概念和轄域。為此，我們必須盡可能把科學(xué)和技術(shù)區(qū)分開來，以便于澄清概念上的混亂和糾正管理上的不當(dāng)。
邦格曾經(jīng)以表格的形式，列舉了科學(xué)和技術(shù)之間的某些相似點(diǎn)和和相異點(diǎn)。陳昌曙教授也從十個(gè)方面揭示了科學(xué)與技術(shù)之間原則上的、本質(zhì)性的不同：基本的性質(zhì)和功能，解決問題的結(jié)構(gòu)和組成，研究的過程和方法，相鄰領(lǐng)域和相關(guān)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和結(jié)果，衡量的標(biāo)準(zhǔn)，研究過程和勞動(dòng)特點(diǎn)，人才的素質(zhì)和成長，發(fā)展的進(jìn)展和水平，社會(huì)價(jià)值、意義和影響。在我的心目中，科學(xué)和技術(shù)一直是兩個(gè)有別的概念和范疇。在混亂日盛且大有蔓延之勢(shì)的情況下，我接連寫了數(shù)篇強(qiáng)調(diào)科學(xué)和技術(shù)有別的文章，力圖予以匡正。當(dāng)時(shí)我沒有研讀多少資料，主要是憑直觀和經(jīng)驗(yàn)發(fā)議論的。在這里，我準(zhǔn)備把原來簡(jiǎn)略的框架和十分有限的文字予以擴(kuò)充，比較詳盡地厘清一下科學(xué)和技術(shù)的差異。
（1）從追求目的上看，科學(xué)以致知求真為鵠的，其目標(biāo)在于探索和認(rèn)識(shí)自然；技術(shù)以應(yīng)用厚生為歸宿，其意圖在于利用和改造自然。科學(xué)著眼于理論知識(shí)的不斷進(jìn)展，技術(shù)追求生產(chǎn)目標(biāo)的有效實(shí)現(xiàn)。盡管技術(shù)也涉及知識(shí)——應(yīng)用零散的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)，也創(chuàng)造一些實(shí)用性知識(shí)——但是它把知識(shí)工具化。也就是說，科學(xué)把知識(shí)始終視為目的，而技術(shù)僅僅把知識(shí)當(dāng)作手段。
盡管在某些現(xiàn)實(shí)的研究課題或項(xiàng)目中，致知求真和應(yīng)用厚生這兩個(gè)目的是相伴出現(xiàn)的，即便研究者只涉及一個(gè)方面；盡管每一個(gè)正確的科學(xué)理論都可能潛在地導(dǎo)致技術(shù)應(yīng)用，而每一項(xiàng)技術(shù)研究項(xiàng)目也可能促進(jìn)科學(xué)知識(shí)的進(jìn)展；但是，這并不能掩蓋科學(xué)和技術(shù)在目的上的鴻溝之分?？紶柖?duì)此洞若觀火：科學(xué)和技術(shù)的基本區(qū)分還是在于目的?？茖W(xué)的目的是獲取知識(shí)，技術(shù)的目的是應(yīng)用知識(shí)控制物質(zhì)。技術(shù)人員的問題是分派給他的，希望他提供答案；而科學(xué)中某種研究自由是基本的。于是，科學(xué)的發(fā)展遵從它自己固有的需要，即對(duì)真理的追求；而技術(shù)的發(fā)展遵循公眾的物質(zhì)需要。桜井邦朋也一語中的：
科學(xué)和技術(shù)本來是有差別的東西，科學(xué)被認(rèn)為是就隱藏在我們周圍擴(kuò)展的自然中所看到的各種現(xiàn)象的奧秘中的真理，換言之，是就各種事實(shí)和在它們之間存在的法則研究的學(xué)問；與之相對(duì)，技術(shù)是立足于把科學(xué)的成果作為在我們的生活中有用的東西熟練使用的目的而加以研究、而組成的東西，是實(shí)用性極強(qiáng)的東西。
不用說，純粹科學(xué)，如果它是實(shí)驗(yàn)性的，也控制和改造世界，但只是為了認(rèn)識(shí)實(shí)在在很小的規(guī)模上這樣做，而不是以此為目的?？茖W(xué)是為了認(rèn)識(shí)而去變革，而技術(shù)卻是為了變革而去認(rèn)識(shí)。希爾也表達(dá)了類似的看法：“科學(xué)可以可以發(fā)明、改進(jìn)和推廣儀器工具，但是這不是它的首要關(guān)心。它的首要任務(wù)是認(rèn)識(shí)，并通過認(rèn)識(shí)擴(kuò)大我們的知識(shí)。技術(shù)并不這么多地關(guān)心認(rèn)識(shí)，它關(guān)心為最佳的利益而生產(chǎn)和使用?！?/p>
（2）從研究對(duì)象上看，科學(xué)以自在的自然實(shí)在為研究對(duì)象，不管這些對(duì)象是實(shí)體實(shí)在還是關(guān)系實(shí)在，不管它們是以物質(zhì)形態(tài)存在還是以能量或信息形態(tài)存在，也不管它們是有生命的還是無生命的。總而言之，它們是自在的自然的。當(dāng)然，為了獲取自在的自然實(shí)在的知識(shí)，實(shí)驗(yàn)科學(xué)家也在受控實(shí)驗(yàn)中對(duì)其進(jìn)行某些干預(yù)，但是這種干預(yù)是小規(guī)模的、不成氣候的。更重要的是，如此干預(yù)只是作為獲取自然奧秘的手段，而決不是為干預(yù)而干預(yù)，決不是把干預(yù)自然作為目的。相反地，技術(shù)的對(duì)象則是現(xiàn)實(shí)的或擬想的人造物，也就是說，它要設(shè)計(jì)或制造出某個(gè)自然界中沒有的人工東西來。當(dāng)然，技術(shù)也針對(duì)自在的自然對(duì)象做研究和試驗(yàn)，例如研究和利用天然石頭作為建筑材料，但是無論從研究的出發(fā)點(diǎn)講，還是從試驗(yàn)的結(jié)局上講，都聚焦于實(shí)用和使用，其結(jié)果，已經(jīng)使自在的自然存在變成為人的非純粹的自然存在了，如砌墻基的方形花崗巖石料、拋光和切割的大理石平板。
（3）從活動(dòng)取向上看，科學(xué)活動(dòng)是好奇取向的（curiosity-oriented），與社會(huì)與境和社會(huì)需要關(guān)系疏遠(yuǎn)；技術(shù)是任務(wù)取向的（mission-oriented），與社會(huì)現(xiàn)實(shí)和社會(huì)需求關(guān)系密切?？茖W(xué)本來就是在有閑暇的條件下，由人的好奇天性觸發(fā)的。科學(xué)愛好的激起，科學(xué)問題的提出，研究沖動(dòng)的萌生，在很大程度上無一不是由好奇心驅(qū)使的。一個(gè)沒有好奇心和驚奇感的人，是不會(huì)成為天才的科學(xué)家的?？茖W(xué)的好奇既表現(xiàn)在對(duì)自然現(xiàn)象的好奇（如愛因斯坦對(duì)指南針的好奇）上，又表現(xiàn)在對(duì)科學(xué)理論的好奇（如愛因斯坦對(duì)歐幾里得幾何學(xué)的好奇，對(duì)空間和時(shí)間問題的好奇，對(duì)經(jīng)典力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)關(guān)于運(yùn)動(dòng)相對(duì)性解釋的不協(xié)調(diào)的好奇）上，這些都可能成為新發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)火線或助產(chǎn)士。愛因斯坦說得好：
重要的是不停地追問。好奇心有它自己存在的理由。一個(gè)人當(dāng)他看到永恒之謎、生命之謎、實(shí)在的奇妙的結(jié)構(gòu)之謎時(shí)，他不能不從心理感到敬畏。如果人們能夠每天設(shè)法理解這個(gè)秘密的一點(diǎn)點(diǎn)，那就足夠了。永遠(yuǎn)不要失去神圣的好奇心。
他還這樣講過：“如果要使科學(xué)服務(wù)于實(shí)用的目的，那么科學(xué)就會(huì)停滯不前?！?/p>
另外，技術(shù)像現(xiàn)代社會(huì)的許多建制一樣，其取向往往是短視的，科學(xué)則不是如此、也不能如此。多爾比認(rèn)為，短視的觀點(diǎn)可能在技術(shù)的語境中被捍衛(wèi)，但是卻會(huì)使科學(xué)研究遭難。因?yàn)榧嘘P(guān)于可預(yù)見的眼前利益，會(huì)使科學(xué)完全轉(zhuǎn)向應(yīng)用的和任務(wù)取向的科學(xué)，會(huì)減少產(chǎn)生未曾料到的新知識(shí)的能力，從而也會(huì)使未來技術(shù)的源泉枯竭。因?yàn)榧夹g(shù)常常是為了滿足眼前的需求而研制、應(yīng)對(duì)市場(chǎng)當(dāng)下的急需而生產(chǎn)的，所以不得不采取急功近利的態(tài)度和做法?？茖W(xué)一般不會(huì)如此短視，因?yàn)榭茖W(xué)與人的物質(zhì)欲求和市場(chǎng)的急需沒有多少聯(lián)系。假若出現(xiàn)短視的科學(xué)，也只能欲速則不達(dá)，美國攻克癌癥計(jì)劃的失敗就是一個(gè)鮮明的例子，因?yàn)榭茖W(xué)的發(fā)現(xiàn)是無法預(yù)見和計(jì)劃的，只有在科學(xué)內(nèi)部的各種條件具備和時(shí)機(jī)成熟之時(shí)（如舊有理論的完備，相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)資料的積累，天才科學(xué)家的關(guān)注等）才有可能取得理論突破。正是由于取向的不同，科學(xué)研究的自由度要大得多，而技術(shù)的進(jìn)展則要受到社會(huì)與境多方面的約束和限制。
（4）從探索過程上看，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)常常不甚明了，摸索性極強(qiáng)，偶然性很多，失敗遠(yuǎn)多于成功。因此，科學(xué)家在探究過程中隨時(shí)掉轉(zhuǎn)方向、動(dòng)輒改換門庭是常有的事。誠如俗語所說：你本來要進(jìn)這一個(gè)房間，卻步入另一個(gè)屋子。在這種情勢(shì)下，你根本無法計(jì)劃和組織科學(xué)研究；即使硬著頭皮做出計(jì)劃，也不過是鏡花水月而已，你根本無法在實(shí)踐中實(shí)施。大凡頭腦機(jī)敏的科學(xué)家對(duì)這一點(diǎn)都心知肚明。一般來說，他們只有一個(gè)大致的研究范圍，至多只有一個(gè)飄忽不定、若隱若現(xiàn)的靶子，但是他們卻具有審時(shí)度勢(shì)、隨機(jī)應(yīng)變的本領(lǐng)——這是他們成功的秘訣之一。
相比之下，技術(shù)發(fā)明對(duì)準(zhǔn)的靶子往往事先就很明確，可以做出比較詳細(xì)、比較周密的組織和規(guī)劃，然后或按圖索驥，或有的放矢，偶然性較少，成功率較高。美國的曼哈頓計(jì)劃和登月計(jì)劃，中國的兩彈一星工程，就是技術(shù)項(xiàng)目計(jì)劃周到、組織嚴(yán)密、完成出色的絕佳表演，而剛才提及的美國攻癌計(jì)劃則是計(jì)劃科學(xué)失敗的典型例證。正如我先前所寫的：學(xué)術(shù)科學(xué)或基礎(chǔ)研究是不可計(jì)劃和組織的！組織和計(jì)劃的學(xué)術(shù)科學(xué)不利于科學(xué)發(fā)展！在這里，愛因斯坦的告誡值得我們認(rèn)真汲?。骸叭藗兡軌虬岩呀?jīng)做出的發(fā)現(xiàn)的應(yīng)用組織起來，但是不能把發(fā)現(xiàn)本身組織起來。只有自由的個(gè)人才能做出發(fā)現(xiàn)?！彼€說：
科學(xué)史表明，偉大的科學(xué)成就并不是通過組織和計(jì)劃取得的；新思想發(fā)源于某一個(gè)人的心中。因此，學(xué)者個(gè)人的研究自由是科學(xué)進(jìn)步的首要條件。除了在某些有意識(shí)的領(lǐng)域，如天文學(xué)、氣象學(xué)、地球物理學(xué)、植物地理學(xué)中，一個(gè)組織對(duì)于科學(xué)工作來說只是一種蹩腳的工具。
（5）從關(guān)注問題上看，科學(xué)需要了解“是什么”（what）和“為什么”（why），而技術(shù)面對(duì)的問題則是“做什么”（dowhat）和“如何做”（howdo）。邦格用一句話點(diǎn)明：技術(shù)的中心問題是設(shè)計(jì)而非發(fā)現(xiàn)。正因?yàn)槿绱?，技術(shù)雖然以應(yīng)用科學(xué)為基礎(chǔ)，但是并非機(jī)械地追隨應(yīng)用科學(xué)。盡管實(shí)際情況遠(yuǎn)比想象的復(fù)雜——大量的、很好的甚至是很出色的科學(xué)工作，是在有著明確技術(shù)目的的研究過程中完成的，而且科學(xué)家自己在“科學(xué)”與“技術(shù)”職業(yè)之間來更而不改變自己實(shí)際從事的工作——然而“這些構(gòu)成科學(xué)的問題是認(rèn)識(shí)論意義上的問題，而技術(shù)研究的本質(zhì)卻是一件經(jīng)濟(jì)的和社會(huì)的工作?！?/p>
更為值得注意的是，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的原創(chuàng)性和技術(shù)發(fā)明的原創(chuàng)性是不同的?！斑@兩者的原創(chuàng)性都受人欣賞，但是在科學(xué)中，原創(chuàng)性在于比別人更深入地看到事物的本質(zhì)的能力，而在技術(shù)中，原創(chuàng)性則在于發(fā)明家把已知的事實(shí)轉(zhuǎn)化為驚人的利益的創(chuàng)造力?！币虼?，技師的啟發(fā)性熱情是以他自己迥異的焦點(diǎn)為中心的。他遵循的不是自然秩序的前兆，而是能使事物以一種新的方式運(yùn)作以便達(dá)到某一可接受的目的，并能便宜地得到利潤的可能性的前兆。在向新的問題摸索著前進(jìn)時(shí)，技術(shù)專家所考慮的必定是科學(xué)家所忽視的利益與危害的整個(gè)全景圖。他必定對(duì)人的需求特別敏感，并有能力評(píng)估他們準(zhǔn)備滿足這些需求時(shí)所付出的代價(jià)?？茖W(xué)家的眼光則全神貫注在大自然的內(nèi)部法則上。
（6）從采用方法上看，科學(xué)主要運(yùn)用實(shí)驗(yàn)推理、歸納演繹諸方法，而技術(shù)多用調(diào)查設(shè)計(jì)、試驗(yàn)修正等方法?？紶柖〕姓J(rèn)，技術(shù)研究的方法與科學(xué)方法有類似之處，如在實(shí)驗(yàn)中控制可變因素，使用矯正的參數(shù)，但是作為一個(gè)整體的方法根本不同于科學(xué)方法。科學(xué)的實(shí)驗(yàn)指向理解研究中的系統(tǒng)，本質(zhì)上與科學(xué)方法的其他部分即說明的假設(shè)形成關(guān)聯(lián)。沒有導(dǎo)致新理解的實(shí)驗(yàn)是失敗，實(shí)驗(yàn)通常借助一些假設(shè)設(shè)計(jì)，以便證實(shí)它或否證它。另一方面，技術(shù)的實(shí)驗(yàn)除了部分利用科學(xué)已經(jīng)贏得的知識(shí)外，僅利用試錯(cuò)法，它不導(dǎo)致對(duì)自然的任何新的理解。技術(shù)通常滿足于列舉的觀察資料，以方便的形式達(dá)到某種特定的目的，而不追求理解觀察資料之間的關(guān)系。技術(shù)以科學(xué)的理解為先決條件，但它通常不為理解做貢獻(xiàn)。廣泛而精確的定量資料表并不構(gòu)成知識(shí)，盡管它們可以是科學(xué)家的未加工的材料。
（7）從思維方式上看，科學(xué)思維除了在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的突破時(shí)刻以形象思維為主外，在大多數(shù)場(chǎng)合下是以抽象思維和概念思維見長的，而技術(shù)思維是具象思維和形象思維統(tǒng)治著技術(shù)設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)。由于科學(xué)理論具有非自然的特征，科學(xué)思維必須擺脫與常識(shí)相聯(lián)系的自然思維強(qiáng)加的模式，以理性批判和概念分析開路。技術(shù)思維在早期是直接與常識(shí)和經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)，爾后出現(xiàn)的以科學(xué)理論為基礎(chǔ)的技術(shù)，還帶有常識(shí)思維和自然思維的胎記和烙印，它直接沿著現(xiàn)成的科學(xué)知識(shí)下行，化形而上的抽象為形而下的具體，注重可行性和成本效益分析。沃爾珀特徑直指明，技術(shù)的許多方面是看和非詞語的，這完全不同于科學(xué)思維。這并不是說，科學(xué)家不使他們建構(gòu)的概念和機(jī)制形象化，不過對(duì)科學(xué)來說，說明是基本的，必須把圖像翻譯為語言和符號(hào)，尤其是數(shù)學(xué)。由于未受詞語化的理論的牽累，技術(shù)設(shè)計(jì)者在他們的心智中把不同的要素會(huì)聚在新組合中。與科學(xué)相對(duì)照，從文藝復(fù)興直到19世紀(jì)的技術(shù)知識(shí)刊載在圖示占統(tǒng)治地位的書中——信息主要以繪圖的形式刊載。
尤其值得指出的是，技術(shù)思維是由技術(shù)理性或曰主觀理性、工具理性主導(dǎo)的，科學(xué)思維則在很大程度上體現(xiàn)的是科學(xué)理性或曰客觀理性、純粹理性。所謂客觀理性，按照霍克海默等人的觀點(diǎn)，是指客觀結(jié)構(gòu)是個(gè)體思想和行為的量尺，而非人和他的目標(biāo)。在這里，關(guān)鍵是目的而不是手段。也就是說，客觀理性關(guān)心的是事物之“自在”而不是事物之“為我”，它要說明的是那些無條件的、絕對(duì)的規(guī)則而不是假設(shè)性的規(guī)則。所謂技術(shù)理性，關(guān)心的是手段和目標(biāo)，追求效率和行動(dòng)方案的正確，而很少關(guān)心目的是否合理的問題。它是圍繞技術(shù)實(shí)踐形成的一套基本的文化價(jià)值。它預(yù)設(shè)了笛卡兒式的主體-客體、精神-自然的二元對(duì)立，也預(yù)示了一種人對(duì)自然的新的體驗(yàn)方式：人作為主體，雄居于所有客體之上，把世界看成是一個(gè)可以縱和統(tǒng)治的集合體。它包括這樣一整套基本文化旨趣：人類征服自然，自然的定量化，有效性思維，社會(huì)組織生活的理性化，人類物質(zhì)需求的先決性。
（8）從構(gòu)成要素上看，科學(xué)的構(gòu)成要素可以說是非物的——科學(xué)知識(shí)體系純粹是非物的；研究過程雖然離不開實(shí)驗(yàn)設(shè)備的支撐和物資的消耗，但是這些物本身并不進(jìn)入科學(xué)的結(jié)果即科學(xué)理論之中。尤其是，基礎(chǔ)研究或?qū)W術(shù)科學(xué)對(duì)物的依賴是很少的，甚至可以忽略不計(jì)，一支筆加幾張紙足矣——難怪有人把相對(duì)論和量子力學(xué)革命稱為“紙上的革命”。即便非要把科學(xué)與物扯在一起，科學(xué)也只是“抽象物”的科學(xué)或“物之共相”的科學(xué)。相反地，技術(shù)則是實(shí)實(shí)在在的物的技術(shù)，時(shí)時(shí)處處與具體物打交道，起碼或多或少是離不開物的。盡管在學(xué)術(shù)層面，學(xué)人對(duì)技術(shù)構(gòu)成要素的理解還有“技術(shù)非物”和“技術(shù)是物”的歧見，但是技術(shù)恐怕很難完全與物脫離干系。只是“對(duì)于不同的技術(shù)，物的因素所占的份額和所起的作用是有所區(qū)別的。或者說，在人工自然的創(chuàng)造或技術(shù)活動(dòng)中，人們可以讓物質(zhì)實(shí)物扮演各種角色，如載體角色、對(duì)立體角色、匹配體角色和包容體角色（這當(dāng)然是不確切的劃分）?！?/p>
（9）從表達(dá)語言上看，科學(xué)語言也使用日常語言進(jìn)行事實(shí)的描繪和實(shí)驗(yàn)的敘述，但是其中無論如何缺少不了科學(xué)概念或術(shù)語。在科學(xué)理論中，更偏重抽象的概念說明和的繁難的數(shù)學(xué)推演，這一點(diǎn)在科學(xué)的典型代表物理科學(xué)中表現(xiàn)得淋漓盡致。特別是要嚴(yán)密、精確地陳述科學(xué)理論，非數(shù)學(xué)語言和數(shù)學(xué)公式莫屬。相形之下，技術(shù)語言多是具體的、平實(shí)的描述，缺乏復(fù)雜的概念分析和數(shù)學(xué)演繹。在技術(shù)中也運(yùn)用數(shù)學(xué)工具，但大都是具體的數(shù)值羅列和一般的數(shù)字計(jì)算，技術(shù)結(jié)果也不要求絕對(duì)精確，只要滿足實(shí)用需要，在某一誤差范圍內(nèi)得出具體的數(shù)值即可。尤其是，表達(dá)科學(xué)知識(shí)和理論的科學(xué)語言的是可傳達(dá)的、可交流的、可用文字和數(shù)學(xué)符號(hào)書寫和記載的，科學(xué)共同體實(shí)際上是科學(xué)語言共同體，這個(gè)共同體使用相同的詞匯表或詞典?？墒?，在技術(shù)方面，情況就不同了：有些技術(shù)事項(xiàng)是無法用語言、文字或數(shù)學(xué)符號(hào)表達(dá)清楚的，因此得借助圖示、模型、樣品等來說明。更為歧異的是，不少屬于技術(shù)的技藝、訣竅之類的東西根本無法用語言解釋和傳達(dá)，也無法從書本學(xué)到手，只能像師傅帶徒弟那樣，邊干邊學(xué)，邊觀察邊體味，才能逐漸達(dá)到心領(lǐng)神會(huì)、游刃有余的境界。此類知識(shí)就是波蘭尼所謂的“私人知識(shí)”（personalknowledge）或不可言傳的知識(shí)（tacitknowledge）——后者也可譯為“意會(huì)知識(shí)”或“默會(huì)知識(shí)”——技術(shù)知識(shí)的某些分野就歸屬這樣的知識(shí)。
（10）從最終結(jié)果上看，科學(xué)研究所得到的最終結(jié)果是某種關(guān)于自然的理論或知識(shí)體系，技術(shù)活動(dòng)所得到的最終結(jié)果是某種程序或人工器物?？茖W(xué)成果是人類精神的非物質(zhì)成就，而不是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的物質(zhì)成品。史蒂文森斷定，科學(xué)不是技術(shù)，它不在于器械的發(fā)明?？茖W(xué)的中心關(guān)注和最終結(jié)果是knowingwhat即真理的知識(shí)，與knowinghow即如何做的技術(shù)知識(shí)相對(duì)。當(dāng)然，這兩類知識(shí)是相互關(guān)聯(lián)的，尤其是在現(xiàn)代。沃爾珀特?cái)嘌?，科學(xué)的最終產(chǎn)物是觀念和信息，也許是在科學(xué)論文中；技術(shù)的最終產(chǎn)物是人工制品，比如說鐘表和電機(jī)。與科學(xué)不同，技術(shù)的產(chǎn)物不是針對(duì)自然實(shí)在衡量的，而是借助于新奇性和特定的文化加于其上的價(jià)值衡量的。巴薩拉（Basalla）道同志合：“雖然科學(xué)和技術(shù)二者包含認(rèn)知過程，但是它們的終極結(jié)果是不同的。創(chuàng)新的科學(xué)活動(dòng)的最后產(chǎn)物最可能是寫成的陳述、科學(xué)論文、公布的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)或新的理論見解。相對(duì)比，創(chuàng)新的技術(shù)活動(dòng)的最后結(jié)果典型地是對(duì)人工制造的世界的添加物：石錘、鐘表、電動(dòng)機(jī)?！?/p>
（11）從評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上看，對(duì)科學(xué)的評(píng)價(jià)以是非正誤為主，以優(yōu)劣美丑為輔，真理和審美是其準(zhǔn)繩；對(duì)技術(shù)的評(píng)價(jià)是利弊得失、好壞善惡，以功利和價(jià)值為尺度。沃爾珀特一言蔽之：“技術(shù)的成功與欲求和需要有關(guān)，而科學(xué)的成功依賴于與實(shí)在符合。”對(duì)此，多爾比論述說，就作為知識(shí)形式的科學(xué)和技術(shù)而言，二者之間的關(guān)鍵區(qū)分是，技術(shù)借助于實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)“它奏效嗎？”評(píng)價(jià)，而科學(xué)知識(shí)則借助于“它為真嗎？”評(píng)價(jià)。他繼而指出：
對(duì)技術(shù)和科學(xué)而言，成功的標(biāo)準(zhǔn)依然是不同的。在技術(shù)中，成功與起作用的產(chǎn)品、尤其是與在目前市場(chǎng)條件下在商業(yè)上的產(chǎn)品俱來。相對(duì)照，在科學(xué)中，成功的標(biāo)準(zhǔn)不是它起作用，而是它被接受為真。
（12）從價(jià)值蘊(yùn)涵上看，作為知識(shí)體系的科學(xué)大體上是價(jià)值中立（value-neutrality）的，或者說其本身僅蘊(yùn)涵為數(shù)不多的價(jià)值成分；而技術(shù)處處滲透價(jià)值，時(shí)時(shí)體現(xiàn)價(jià)值，與價(jià)值有不解之緣。莫爾就是這樣看問題的。他說，真正的科學(xué)知識(shí)在倫理的意義上是善的，而在技術(shù)中，情況就完全不同了。每一項(xiàng)技術(shù)成就，必然使人又愛又恨（有矛盾心理）：它能夠或善或惡，技術(shù)必然是雙刃工具。盡管把已知的技術(shù)成就分類為善或惡從來也不是確定的，但是任何一項(xiàng)給定的技術(shù)總是在倫理上能夠分為善或惡，這取決于人心中的目的，取決于過去、現(xiàn)在和將來的邊界條件。邦格詳細(xì)地陳述了他的觀點(diǎn)：對(duì)科學(xué)家來說，所有具體對(duì)象都是同樣值得研究的，而不涉及價(jià)值問題。技術(shù)專家卻不是這樣：他把實(shí)在分為原料、產(chǎn)品和其他部分（即一堆無用之物），他最珍視產(chǎn)品，其次是原料，最輕視其他部分。技術(shù)知識(shí)和技術(shù)活動(dòng)的價(jià)值準(zhǔn)則是與純粹科學(xué)的價(jià)值中性相對(duì)立。技術(shù)專家凡事都要衡量其價(jià)值，而科學(xué)家只衡量自己的活動(dòng)和成果的價(jià)值?？茖W(xué)家甚至以擺脫價(jià)值觀念的方式去處理價(jià)值問題。雖然基礎(chǔ)研究作為心理過程的評(píng)價(jià)，它也做出價(jià)值判斷，但是這完全是內(nèi)在的：它們涉及科學(xué)研究的要素，諸如資料、假設(shè)和方法，而不涉及科學(xué)研究的對(duì)象。另一方面，工程技術(shù)專家不僅做出內(nèi)在的價(jià)值判斷，而且也做出外在的價(jià)值判斷：他評(píng)價(jià)他能得手的每一事物?；A(chǔ)研究就其自身目的而言，是尋求新知識(shí)，是不涉及價(jià)值的，在道德上是中性的。當(dāng)可以做某些有利于或不利于他人的幸福或生活的事情時(shí)，才涉及道德，工程技術(shù)專家恰恰在這里有份兒。他們應(yīng)該遵守可以稱之為技術(shù)命令（technologicalimperative）的東西：
你應(yīng)該只設(shè)計(jì)或幫助完成不會(huì)危害公眾幸福的工程，應(yīng)該警告公眾反對(duì)任何不能滿足這種條件的工程。
（13）從遵循規(guī)范上看，科學(xué)遵循的規(guī)范是美國科學(xué)社會(huì)學(xué)家默頓所謂的普遍性（universalism）、公有性（communism）、無功利性（disinterestedness）、有組織的懷疑主義（organizedscepticism）；技術(shù)的規(guī)范與此大相徑庭，它以獲取經(jīng)濟(jì)效益和物質(zhì)利益為旨?xì)w，其特質(zhì)是事前多保密，事后有專利。波蘭尼看到這種天壤之別：“科學(xué)知識(shí)與技術(shù)操作原則之間的不同被專利法認(rèn)識(shí)到了。專利法對(duì)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明做了鮮明的區(qū)分。發(fā)現(xiàn)增加我們關(guān)于大自然的知識(shí)，而發(fā)明則建立一個(gè)服務(wù)于某一得到承認(rèn)的利益的新的操作原則?！逼召囁挂彩智宄?/p>
存在著科學(xué)和技術(shù)之間最為重要和最有意思的一種對(duì)照。大家都明白，在科學(xué)上只要你第一個(gè)發(fā)表了，你就打敗了其他人。通過發(fā)表來表明你對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的私有要求。非常不可思議的是，你的發(fā)表越公開，你的產(chǎn)權(quán)要求就越安全地為你所獨(dú)占。在技術(shù)上則是另一回事。當(dāng)你做出發(fā)明時(shí)，你必須為其取得專利，你必須防止工業(yè)間諜的竊取，你必須看見它遠(yuǎn)在能夠被競(jìng)爭(zhēng)者復(fù)制或取代之前就被制造出來并銷售出去。在技術(shù)上你得用通常的保護(hù)方法來確保你的私有權(quán)。
他進(jìn)而揭橥，這種差異的原因在于，從哲學(xué)意義上看，即使科學(xué)是對(duì)規(guī)律的一種概括和發(fā)明過程，自然卻非常強(qiáng)烈地表現(xiàn)出似乎只有一個(gè)世界可以被發(fā)現(xiàn)，如果波義耳沒有發(fā)現(xiàn)波義耳定律，那么必然會(huì)有其他人去發(fā)現(xiàn)。但是，技術(shù)中的大部分競(jìng)爭(zhēng)比在科學(xué)中有更多的回旋余地。技術(shù)是一種文明所獲得的，而科學(xué)則讓人感到更像是自然的規(guī)定而不是人的大腦所擁有的。
（14）從職業(yè)建制上看，科學(xué)和技術(shù)無疑是相互滲透的，并且經(jīng)?？瓷先ズ么髦豁斆弊踊虼┲瑯拥膶?shí)驗(yàn)服裝。但是將兩者混淆起來的做法是把表面的東西——例如機(jī)構(gòu)聯(lián)合——當(dāng)成了深層的東西。在科學(xué)共同體中，其主要成員是以思想型、理論型、動(dòng)腦能力見長的研究員和教授；而在技術(shù)共同體中，其主要成員則是以實(shí)踐型、經(jīng)驗(yàn)型、動(dòng)手能力見長的發(fā)明家和工程師。前者的建制實(shí)體是國家科學(xué)院、科學(xué)各學(xué)科研究所、科學(xué)學(xué)會(huì)、綜合大學(xué)的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)等，后者則是國家工程院、工科院校的研究機(jī)構(gòu)、工程學(xué)會(huì)、工業(yè)部門的研究所、工業(yè)實(shí)驗(yàn)室、高技術(shù)開發(fā)區(qū)的企事業(yè)單位等。不同的職業(yè)建制也體現(xiàn)在人才培養(yǎng)模式的差異上?？茖W(xué)人才的培養(yǎng)主要在綜合大學(xué)的理科院系和科學(xué)研究所進(jìn)行，注重理論知識(shí)、概念辨析、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、邏輯推理的訓(xùn)練；技術(shù)人才主要在工科院校、工業(yè)研究所和實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)，偏重專門技能知識(shí)、數(shù)值計(jì)算、實(shí)際操作的訓(xùn)練。盡管這兩種角色可以轉(zhuǎn)換，也有可能一身二任，但是轉(zhuǎn)化總得有一個(gè)學(xué)習(xí)和適應(yīng)過程，而且“雙肩挑”的人畢竟是稀少的，即便兼而有之，此類人物也是有所側(cè)重的。
（15）從社會(huì)影響上看，科學(xué)和技術(shù)對(duì)社會(huì)的影響都是巨大而深遠(yuǎn)的，而且各自作為子文化，都是文化進(jìn)化的重要推動(dòng)力，顯示出很強(qiáng)的文化滲透性。但是，二者的社會(huì)影響無論如何是有相當(dāng)大的差別的。科學(xué)主要是觀念形態(tài)的東西，它的社會(huì)影響基本上是思想上的和精神上的，尤其是科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)精神直接作用于人的心靈，促使人更新觀念、提升素質(zhì)、完善人性，而它對(duì)政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、環(huán)境和生態(tài)基本上沒有直接的影響。技術(shù)則不然：技術(shù)往往是以器物的形態(tài)出現(xiàn)的，它對(duì)人的思想和精神的影響是間接的，但是卻直接作用于社會(huì)的其他各個(gè)方面，其影響是巨大的，而且具有兩重性。反過來，由于科學(xué)自身的本性，社會(huì)對(duì)科學(xué)的影響較小、約束力弱，但是對(duì)技術(shù)影響很大、約束力也強(qiáng)烈得多。
（16）從歷史沿革上看，技術(shù)的歷史是古老而漫長的，可以說從原始人打制第一塊石器時(shí)就開始了，而科學(xué)的歷史沿革是相當(dāng)短暫的，至今不過三百余年的歷程，即使把科學(xué)的萌芽時(shí)期計(jì)算在內(nèi)，也僅僅有兩千多年。與技術(shù)的歷史相比，科學(xué)的歷史短得簡(jiǎn)直可以忽略不計(jì)。此外，技術(shù)依賴于科學(xué)的時(shí)間，就更為短暫了。沃爾珀特對(duì)此印象深刻，他進(jìn)而還洞察到科學(xué)和技術(shù)在歷史上相互影響的不對(duì)等性，以及科學(xué)起源與技術(shù)起源在特點(diǎn)上的差異。他說，在確立科學(xué)的非自然本性（反常識(shí)的和反直覺的）時(shí)，必然要在科學(xué)和技術(shù)之間做出區(qū)分。區(qū)分的證據(jù)主要來自歷史。技術(shù)比科學(xué)要古老得多，它的大多數(shù)成就——從原始農(nóng)業(yè)、陶器的燒制、金屬的冶煉制造、大教堂的建筑乃至蒸汽機(jī)的發(fā)明——無論如何是獨(dú)立于科學(xué)的，直至19世紀(jì)科學(xué)才對(duì)技術(shù)產(chǎn)生影響（合成染料和電氣工業(yè)）。這些技術(shù)基于常識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的實(shí)踐手藝，而實(shí)踐取向無助于純粹知識(shí)。技術(shù)的歷史大都是無名的歷史，這再次不同于科學(xué)。就觀念和器械而言，歷史上的科學(xué)嚴(yán)重地依賴可以得到的技術(shù)，技術(shù)對(duì)科學(xué)有深刻的影響，反過來，科學(xué)對(duì)技術(shù)的影響是相當(dāng)晚近的事情。一旦承認(rèn)科學(xué)和技術(shù)之間的區(qū)別，科學(xué)在希臘的起源就呈現(xiàn)出特殊的意義?？茖W(xué)的特殊本性對(duì)科學(xué)僅僅一次出現(xiàn)負(fù)責(zé)。往往被認(rèn)為是科學(xué)家的中國人實(shí)際上是熟練的工程師，對(duì)科學(xué)做出的貢獻(xiàn)微不足道。他們的哲學(xué)是神秘主義的。容許科學(xué)在西方得以發(fā)展的，也許是理性和支配自然的定律的概念。史蒂文森也明確地意識(shí)到，與科學(xué)不同，技術(shù)在某種程度上對(duì)一直存在的每一種人類文化是共同的。與技術(shù)不同，科學(xué)并不是在人類歷史的每一個(gè)階段都存在或在每一個(gè)文化傳統(tǒng)中都存在。
（17）從發(fā)展進(jìn)步上看，科學(xué)和技術(shù)都具有發(fā)展進(jìn)步的性質(zhì)，在這一點(diǎn)它們與文學(xué)、藝術(shù)、哲學(xué)不盡相同。但是，它們二者在發(fā)展進(jìn)步的特點(diǎn)上判若黑白。列維特揭示，科學(xué)發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步，科學(xué)與作為在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、歷史中展開的技術(shù)的邏輯，是很不相同的，盡管這兩個(gè)建制看起來并肩前進(jìn)。關(guān)鍵的差別在于，科學(xué)——仍然是指對(duì)惟一的物理世界的探索——的確是邏輯的，無論是作為一個(gè)過程還是作為已經(jīng)完成的提煉過的理論結(jié)構(gòu)。科學(xué)的發(fā)展結(jié)構(gòu)基本上是樹枝狀的，即新的知識(shí)分支不斷從老的枝干上生長出來，盡管在更深的層次上是一體的。與之相比，技術(shù)展開的機(jī)制完全不同。那些在生長點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)工作的人是混合的集群，很難以一種簡(jiǎn)單的方式加以概括。關(guān)鍵人物可以是科學(xué)家或工程師，但也可能是行政領(lǐng)導(dǎo)、官僚、銀行家、軍官或政治家。技術(shù)的進(jìn)步、后退、停滯或分叉看起來并不遵循任何可以概括的邏輯。沃爾珀特指出驅(qū)使科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力大相徑庭：對(duì)技術(shù)來說，它是市場(chǎng)的需求或進(jìn)展中的技術(shù)“造成”的需要。情況似乎是，發(fā)明活動(dòng)是受發(fā)明的預(yù)期的價(jià)值支配的，在投入高峰時(shí)即是發(fā)明高峰——科學(xué)往往不是這樣的。斯科利莫夫斯基（H.Skolimowski）認(rèn)為，二者進(jìn)步在目標(biāo)上各行其是：與科學(xué)進(jìn)步的目標(biāo)在于接近真理相對(duì)應(yīng)，技術(shù)進(jìn)步的內(nèi)在目標(biāo)在于提高有效性。這種有效性在具體的技術(shù)實(shí)踐中表現(xiàn)為精確性、耐久性和低成本（或稱效率性）。還有一點(diǎn)必須提及：盡管科學(xué)知識(shí)單元在進(jìn)化過程可能出現(xiàn)復(fù)雜和多樣的局面，但這只是暫時(shí)的、過渡的現(xiàn)象，它最終必將趨向簡(jiǎn)單性和惟一性?？墒?，技術(shù)物品的單元在進(jìn)化中趨向復(fù)雜性和多樣性，各種用途的錘子，各種大小和型號(hào)的扳手、螺絲，各種面料和花色品種的紡織品，各種配方和商標(biāo)的牙膏、香皂等等。
科學(xué)和技術(shù)在歷史上的絕大多數(shù)時(shí)間是分離的，科學(xué)大規(guī)模地轉(zhuǎn)化為技術(shù)的高峰時(shí)期也寥寥可數(shù)，可是在現(xiàn)代，科學(xué)趨于技術(shù)化和技術(shù)趨于科學(xué)化也是不爭(zhēng)的事實(shí)。為此，斯平納提出認(rèn)知-技術(shù)合成體（cognitive-technicalcomplex）和現(xiàn)實(shí)化的科學(xué)（realizedscience）的概念，拉圖爾甚至和盤托出了“技科學(xué)”或“技術(shù)科學(xué)”（technoscience）的生硬概念。這種科學(xué)技術(shù)一體化的思想是后現(xiàn)代主義的主題思想之一，誠如福曼（P.Forman）所言，技術(shù)取向的科學(xué)（technologicallyorientedscience）以及科學(xué)取向的技術(shù)（scientificallyorientedtechnology）其范圍之廣和力量之大是眾所周知的。這是后現(xiàn)代性之結(jié)果。為了說明科學(xué)和技術(shù)之間的密切關(guān)系，人們提出了諸多說明模型，例如“線性模型”、“舞伴模型”、“雜交模型”等。這些模型都有可取之處，也道出了部分真理。但是，線性模型似乎簡(jiǎn)單化了一些，把科學(xué)和技術(shù)復(fù)雜、多變的關(guān)系描繪得過于徑直，而且易于引起技術(shù)神話。舞伴模型亦有把科學(xué)和技術(shù)互動(dòng)過程簡(jiǎn)單化之嫌，同時(shí)它忽略了這樣一個(gè)事實(shí)：科學(xué)和技術(shù)不僅可以跳雙人舞，而且有時(shí)也獨(dú)舞。雜交模型把科學(xué)和技術(shù)視為一個(gè)新的綜合體，這實(shí)際上已經(jīng)使二者一體化了——這是我們絕對(duì)不能同意的——盡管這種一體化是部分的一體化而非整體的一體化。我覺得，可以接受的比較周全的觀點(diǎn)也許是：
科學(xué)和技術(shù)是有聯(lián)系的，但并非一體化；科學(xué)和技術(shù)是有區(qū)別的，但并非決然對(duì)立；科學(xué)和技術(shù)有時(shí)是互動(dòng)的，但互動(dòng)的形式多種多樣，互動(dòng)的過程錯(cuò)綜復(fù)雜，而不是線性的和一義的。
參考文獻(xiàn)
E.F.Caldin,ThePowerandLimitofScience,London:Chapman&HallLTD.,1949,ChapterX.
普賴斯：《巴比倫以來的科學(xué)》，任元彪譯，石家莊：河北科學(xué)技術(shù)出版社，2002年第1版，第161頁。
A.Rip,ScienceandTechnologyasDancingPartners;P.KroesandM.Bakkered.,TechnologicalDevelopmentandScienceintheIndustrialAge,NewPespectiveontheScience-TechnologyRelationship,Dordrecht/Boston/London:KluwerAcademicPublishers,1992,pp.231~270.
柯拉赫：工業(yè)的科學(xué)。戈德斯密斯、馬凱主編：《科學(xué)的科學(xué)——技術(shù)時(shí)代的社會(huì)》，趙紅州等譯，北京：科學(xué)出版社，1985年第1版，第211頁。
H.Rapp：技術(shù)哲學(xué)（上），張彩云譯，上海：《世界科學(xué)》，1989年第1期，第54~57頁。這是拉普引用朗夫的話語。
邦格：技術(shù)的哲學(xué)輸入和哲學(xué)輸出，張立中譯，北京：《自然科學(xué)哲學(xué)問題叢刊》，1984年第1期，第56~64頁。
L.StevensonandH.Byerly,TheManyFacesofScience,AnIntroductiontoScientists,ValuesandSociety,Boulder,SanFrancisco,Oxford:WestviewPress,1995,p.210.
莫蘭：《復(fù)雜思想：自覺的科學(xué)》，陳一壯譯，北京：北京大學(xué)出版社，2001年第1版，第80~81頁。
P.KroesandM.Bakker,Introduction:TechnologicalDevelopmentandScience.P.KroesandM.Bakkered.,TechnologicalDevelopmentandScienceintheIndustrialAge,NewPespectiveontheScience-TechnologyRelationship,Dordrecht/Boston/London:KluwerAcademicPublishers,1992,pp.1~15.
S.Restivo,Science,Society,andValues,TowardaSociologyofObjectivity,Bethlehem:LehighUniversityPress,1994,p.87.
L.Wolpert,TheUnnaturalNatureofScience,London,Boston:FaberandFaber,1992,p.165.
R.G.A.Dolby,UncertainKnowledge,AnImageofScienceforaChangingWorld,CambridgeUniversityPress,1996,p.169.
P.KroesandM.Bakker,Introduction:TechnologicalDevelopmentandScience;P.KroesandM.Bakkered.,TechnologicalDevelopmentandScienceintheIndustrialAge,pp.1~15.
國人有意或無意地把科學(xué)視為“生產(chǎn)力”和“財(cái)神爺”，國人習(xí)慣于或集體無意識(shí)地把“科學(xué)和技術(shù)”稱為“科學(xué)技術(shù)”、進(jìn)而簡(jiǎn)化為“科技”，就是這種現(xiàn)狀的生動(dòng)反映。有趣的是，這種狀況在東鄰日本也存在。正如桜井邦朋所言：“在我國，把科學(xué)和技術(shù)看做同質(zhì)的東西，在各種場(chǎng)合把‘科學(xué)技術(shù)’歸攏在一起使用。像現(xiàn)在這樣的科學(xué)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過不了多久就被應(yīng)用于技術(shù)，進(jìn)入到我們的生活之中，在屢屢經(jīng)歷這樣的經(jīng)驗(yàn)期間，隨之認(rèn)為科學(xué)和技術(shù)是水平同質(zhì)的東西?！眳⒁姉@井邦朋：《現(xiàn)代科學(xué)論15講》，東京教學(xué)社，1995年，p.1。
邦格：科學(xué)技術(shù)的價(jià)值判斷與道德判斷，吳曉江譯，北京：《哲學(xué)譯叢》，1993年第3期，第35~41頁。
陳昌曙：《技術(shù)哲學(xué)引論》，北京：科學(xué)出版社，1999年第1版，第168頁。
計(jì)有李醒民：什么是科學(xué)？——為《科學(xué)的智慧——它與宗教和文化的關(guān)聯(lián)》序，北京：《民主與科學(xué)》，1998年第2期，第35~37頁。李醒民：有關(guān)科學(xué)論的幾個(gè)問題，北京：《中國社會(huì)科學(xué)》，2002年第1期，第20~23頁。李醒民：在科學(xué)和技術(shù)之間，北京：《光明日?qǐng)?bào)》2003年4月29日，B4版。XingminLi：ScienceandTechnologyIsNotSimplyEqualtoSci-Tech?inGenomics,Proteomics&Bioinformatics,May2003,Vol.1No.2,pp.87~89.
E.F.Caldin,ThePowerandLimitofScience,ChapterX.
桜井邦朋：《現(xiàn)代科學(xué)論15講》，東京教學(xué)社，1995年，p.1。
邦格：技術(shù)的哲學(xué)輸入和哲學(xué)輸出。
D.W.Hill,TheImpactandValueofScience,London,NewYork,MelBourne:Hutchinson’sScientific&TechnicalPublications,Chapter1.n.d.順便說說，V.布什的下述言論有助于加深我們對(duì)問題的理解：科學(xué)具有簡(jiǎn)單的信仰，該信仰超越有用性。正是該信仰，是人學(xué)會(huì)理解的特殊榮幸，這是他的天職。為理解而認(rèn)識(shí)是我們存在的本質(zhì)。參見VannevaBush,ScienceIsNotEnough,NewYork:WilliamMorrow&Company,Inc.,1967,p.191.
卡拉普賴斯編：《愛因斯坦語錄》，仲維光等譯，杭州：杭州出版社，2001年第1版，第176、160頁。
R.G.A.Dolby,UncertainKnowledge,pp.294~295.
李醒民：學(xué)術(shù)科學(xué)可以被計(jì)劃嗎？北京：《學(xué)習(xí)時(shí)報(bào)》，2004年12月20日，第7版。該文以較多的篇幅發(fā)表在上海：《社會(huì)科學(xué)報(bào)》，2006年4月13日第5版。很遺憾，現(xiàn)今的一些編輯常常在不告知和征求作者意見的情況下，隨意對(duì)稿件大刀闊斧地腰斬或刪改，弄得作者哭笑不得，實(shí)感無可奈何。對(duì)這篇文章的完整性感興趣的讀者，可以到吳國盛教授主辦的“北京大學(xué)科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)”網(wǎng)站閱讀和下載。
許良英等編譯：《愛因斯坦文集》第三卷，北京：商務(wù)印書館，1979年第1版，第203頁。
內(nèi)森、諾登編：《巨人箴言錄：愛因斯坦論和平》（下），劉新民譯，長沙：湖南出版社，1992年第1版，第84頁。
邦格：科學(xué)技術(shù)的價(jià)值判斷與道德判斷。
列維特：《被困的普羅米修斯》，戴建平譯，南京：南京大學(xué)出版社，2003年第1版，第170頁。
波蘭尼：《個(gè)人知識(shí)——邁向后批判哲學(xué)》，許澤民譯，貴陽：貴州人民出版社，2000年第1版，第273頁。
E.F.Caldin,ThePowerandLimitofScience,ChapterX.
L.Wolpert,TheUnnaturalNatureofScience,p.33.
高亮華：《人文主義視野中的技術(shù)》，北京：中國社會(huì)科學(xué)出版社，1996年第1版，第154~161頁。但是，我不同意作者的下述說法：現(xiàn)代自然科學(xué)“是在技術(shù)理性所構(gòu)成的地平面上產(chǎn)生和展開的”，它“具有內(nèi)在的工具主義的特點(diǎn)”。眾所周知，在科學(xué)的起源中，理性傳統(tǒng)和工匠傳統(tǒng)兼而有之；在科學(xué)的發(fā)展中，科學(xué)內(nèi)在的理性邏輯和人的純粹理性一直是強(qiáng)大的動(dòng)力?？v觀整個(gè)科學(xué)史，對(duì)科學(xué)家來說，“為科學(xué)而科學(xué)”的思想始終具有巨大而誘人的魅力。
E.Bellon,AWorldofPaper,SdudiesontheSecondScientificRevolution,TheMITPress,1980.
陳昌曙：《技術(shù)哲學(xué)引論》，第96~97頁。
L.StevensonandH.Byerly,TheManyFacesofScience,p.2.
L.Wolpert,TheUnnaturalNatureofScience,p.31.
A.Rip,ScienceandTechnologyasDancingPartners.
L.Wolpert,TheUnnaturalNatureofScience,p.32.
R.G.A.Dolby,UncertainKnowledge,pp.169~170,183.
H.Mohr,Structure&SignificanceofScience,NewYork:Springe-Verlay,1977,Lecture12.
邦格：技術(shù)的哲學(xué)輸入和哲學(xué)輸出。
邦格：科學(xué)技術(shù)的價(jià)值判斷與道德判斷。
波蘭尼：《個(gè)人知識(shí)——邁向后批判哲學(xué)》第271頁。
普賴斯：《巴比倫以來的科學(xué)》，第161~163頁。
列維特：《被困的普羅米修斯》，第171頁。
邦格厘清了一種誤解：“經(jīng)常有人認(rèn)為，技術(shù)與文化是格格不入的，甚至是彼此對(duì)立的。這是一種錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，是對(duì)技術(shù)過程尤其是對(duì)革新性技術(shù)過程的理論豐富性完全無知的表現(xiàn)?！聦?shí)上，技術(shù)并不是一個(gè)孤立的組成部分，它與整個(gè)文化的其他各個(gè)分支有很大的相互作用。而且在現(xiàn)代文化中，只有技術(shù)和人文學(xué)科（特別是哲學(xué)）與其他文化分支有很大的相互作用。具體地說，技術(shù)與系統(tǒng)的哲學(xué)的幾個(gè)分支（邏輯、認(rèn)識(shí)論、形而上學(xué)、價(jià)值論和倫理學(xué)）都有很強(qiáng)的相互作用。”參見邦格：技術(shù)的哲學(xué)輸入和哲學(xué)輸出。
海森伯對(duì)此有具體的說明：從18世紀(jì)和19世紀(jì)初起，形成了一門以發(fā)展機(jī)械操作過程為基礎(chǔ)的技術(shù)，這起初只是舊手工工藝的發(fā)展和擴(kuò)充，其基本原理人人都能掌握。甚至在蒸汽機(jī)得到應(yīng)用以后，技術(shù)的這一特性并未得到根本改變。但是，19世紀(jì)后半葉出現(xiàn)的電工技術(shù)，使得技術(shù)與舊手工工藝的聯(lián)系已經(jīng)不復(fù)存在，電力這種自然力的開發(fā)不是來自人們的直接經(jīng)驗(yàn)，而是基于科學(xué)理論。參見海森伯：《物理學(xué)家的自然觀》，吳忠譯，北京：商務(wù)印書館，1990年第1版，第6~7頁。
L.Wolpert,TheUnnaturalNatureofScience,pp.vii,24~30.
L.StevensonandH.Byerly,TheManyFacesofScience,p.5.
列維特：《被困的普羅米修斯》，第171~173頁。
L.Wolpert,TheUnnaturalNatureofScience,p.31.
劉文海：《技術(shù)的政治價(jià)值》，北京：人民出版社，1996年第1版，第19頁。
普賴斯的說法有一定的道理：科學(xué)的正常成長更多地來自科學(xué)，而技術(shù)的正常成長更多地來自技術(shù)。技術(shù)專家用的科學(xué)大多數(shù)是他們?cè)趯W(xué)校學(xué)習(xí)和大眾知識(shí)中的科學(xué)，而科學(xué)家用的技術(shù)大多數(shù)是伴隨他們成長起來的那些技術(shù)。兩者之間的強(qiáng)有力的相互作用只出現(xiàn)在很少的時(shí)候，因而引人注目地形成歷史山脈的高峰。在17世紀(jì)的科學(xué)革命中，有一種從工匠技藝狀態(tài)向新型科學(xué)儀器的有力轉(zhuǎn)換，它使科學(xué)從古代狀態(tài)突破而獲得爆炸性的增長，并帶來現(xiàn)代的實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)，帶來望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、氣壓計(jì)、溫度計(jì)、抽氣機(jī)和各種靜電機(jī)械。在我們這一代，工業(yè)革命已經(jīng)達(dá)到一個(gè)新水平，主要通過物理學(xué)——特別是愛迪生的電學(xué)——科學(xué)找到了它回報(bào)技術(shù)的方法。在大多數(shù)情況下，科學(xué)并沒有給技術(shù)許多幫助，但偶爾你會(huì)遇到像晶體管和青霉素這樣完全相反的反常事件。同樣必須注意的是，這里存在的引人注目的例外而不是規(guī)律。高峰不是典型。不能以牛頓和愛因斯坦的標(biāo)準(zhǔn)去判斷科學(xué)家。不能以晶體管的特例去判斷科學(xué)對(duì)技術(shù)的影響。承認(rèn)科學(xué)和技術(shù)大體上是只有松散聯(lián)系的系統(tǒng)，人們的動(dòng)機(jī)目的甚至訓(xùn)練都非常不同，屬于完全不同的類型，這在理智上是沒有什么困難的。普賴斯：《巴比倫以來的科學(xué)》，第170~171頁。
H.F.Spinner,TheSilentRevolutionofRationalityinContemporaryScienceandItsConsequencesforthe“ScientificEthos”.RevolutioninScience,U.S.A.:ScienceHistoryPublications,1988,pp.192~204.
關(guān)鍵詞：納米科學(xué)納米技術(shù)納米管納米線納米團(tuán)簇半導(dǎo)體
NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution
Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.
Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor
I.引言
納米科學(xué)和技術(shù)所涉及的是具有尺寸在1-100納米范圍的結(jié)構(gòu)的制備和表征。在這個(gè)領(lǐng)域的研究舉世矚目。例如，美國政府2001財(cái)政年度在納米尺度科學(xué)上的投入要比2000財(cái)政年增長83%，達(dá)到5億美金。有兩個(gè)主要的理由導(dǎo)致人們對(duì)納米尺度結(jié)構(gòu)和器件的興趣的增加。第一個(gè)理由是，納米結(jié)構(gòu)（尺度小于20納米）足夠小以至于量子力學(xué)效應(yīng)占主導(dǎo)地位，這導(dǎo)致非經(jīng)典的行為，譬如，量子限制效應(yīng)和分立化的能態(tài)、庫侖阻塞以及單電子邃穿等。這些現(xiàn)象除引起人們對(duì)基礎(chǔ)物理的興趣外，亦給我們帶來全新的器件制備和功能實(shí)現(xiàn)的想法和觀念，例如，單電子輸運(yùn)器件和量子點(diǎn)激光器等。第二個(gè)理由是，在半導(dǎo)體工業(yè)有器件持續(xù)微型化的趨勢(shì)。根據(jù)“國際半導(dǎo)體技術(shù)路向（2001）“雜志，2005年前動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）和微處理器（MPU）的特征尺寸預(yù)期降到80納米，而MPU中器件的柵長更是預(yù)期降到45納米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的問題預(yù)期就會(huì)出現(xiàn)。到2005年類似的問題將預(yù)期出現(xiàn)在DRAM的制造過程中。半導(dǎo)體器件特征尺寸的深度縮小不僅要求新型光刻技術(shù)保證能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件設(shè)計(jì)和制造方案，因?yàn)楫?dāng)MOS器件的尺寸縮小到一定程度時(shí)基礎(chǔ)物理極限就會(huì)達(dá)到。隨著傳統(tǒng)器件尺寸的進(jìn)一步縮小，量子效應(yīng)比如載流子邃穿會(huì)造成器件漏電流的增加，這是我們不想要的但卻是不可避免的。因此，解決方案將會(huì)是制造基于量子效應(yīng)操作機(jī)制的新型器件，以便小物理尺寸對(duì)器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我們能夠制造納米尺度的器件，我們肯定會(huì)獲益良多。譬如，在電子學(xué)上，單電子輸運(yùn)器件如單電子晶體管、旋轉(zhuǎn)柵門管以及電子泵給我們帶來諸多的微尺度好處，他們僅僅通過數(shù)個(gè)而非以往的成千上萬的電子來運(yùn)作，這導(dǎo)致超低的能量消耗，在功率耗散上也顯著減弱，以及帶來快得多的開關(guān)速度。在光電子學(xué)上，量子點(diǎn)激光器展現(xiàn)出低閾值電流密度、弱閾值電流溫度依賴以及大的微分增益等優(yōu)點(diǎn)，其中大微分增益可以產(chǎn)生大的調(diào)制帶寬。在傳感器件應(yīng)用上，納米傳感器和納米探測(cè)器能夠測(cè)量極其微量的化學(xué)和生物分子，而且開啟了細(xì)胞內(nèi)探測(cè)的可能性，這將導(dǎo)致生物醫(yī)學(xué)上迷你型的侵入診斷技術(shù)出現(xiàn)。納米尺度量子點(diǎn)的其他器件應(yīng)用，比如，鐵磁量子點(diǎn)磁記憶器件、量子點(diǎn)自旋過濾器及自旋記憶器等，也已經(jīng)被提出，可以肯定這些應(yīng)用會(huì)給我們帶來許多潛在的好處?？偠灾瑹o論是從基礎(chǔ)研究（探索基于非經(jīng)典效應(yīng)的新物理現(xiàn)象）的觀念出發(fā)，還是從應(yīng)用（受因結(jié)構(gòu)減少空間維度而帶來的優(yōu)點(diǎn)以及因應(yīng)半導(dǎo)體器件特征尺寸持續(xù)減小而需要這兩個(gè)方面的因素驅(qū)使）的角度來看，納米結(jié)構(gòu)都是令人極其感興趣的。
II.納米結(jié)構(gòu)的制備———首次浪潮
有兩種制備納米結(jié)構(gòu)的基本方法：build-up和build-down。所謂build-up方法就是將已預(yù)制好的納米部件（納米團(tuán)簇、納米線以及納米管）組裝起來；而build-down方法就是將納米結(jié)構(gòu)直接地淀積在襯底上。前一種方法包含有三個(gè)基本步驟：1）納米部件的制備；2）納米部件的整理和篩選；3）納米部件組裝成器件（這可以包括不同的步驟如固定在襯底及電接觸的淀積等等）?！癰uild-up“的優(yōu)點(diǎn)是個(gè)體納米部件的制備成本低以及工藝簡(jiǎn)單快捷。有多種方法如氣相合成以及膠體化學(xué)合成可以用來制備納米元件。目前，在國內(nèi)、在香港以及在世界上許多的實(shí)驗(yàn)室里這些方法正在被用來合成不同材料的納米線、納米管以及納米團(tuán)簇。這些努力已經(jīng)證明了這些方法的有效性。這些合成方法的主要缺點(diǎn)是材料純潔度較差、材料成份難以控制以及相當(dāng)大的尺寸和形狀的分布。此外，這些納米結(jié)構(gòu)的合成后工藝再加工相當(dāng)困難。特別是，如何整理和篩選有著窄尺寸分布的納米元件是一個(gè)至關(guān)重要的問題，這一問題迄今仍未有解決。盡管存在如上的困難和問題，“build-up“依然是一種能合成大量納米團(tuán)簇以及納米線、納米管的有效且簡(jiǎn)單的方法。可是這些合成的納米結(jié)構(gòu)直到目前為止仍然難以有什么實(shí)際應(yīng)用，這是因?yàn)樗鼈內(nèi)狈?shí)用所苛求的尺寸、組份以及材料純度方面的要求。而且，因?yàn)橥瑯拥脑蛴眠@種方法合成的納米結(jié)構(gòu)的功能性質(zhì)相當(dāng)差。不過上述方法似乎適宜用來制造傳感器件以及生物和化學(xué)探測(cè)器，原因是垂直于襯底生長的納米結(jié)構(gòu)適合此類的應(yīng)用要求。
“Build-down”方法提供了杰出的材料純度控制，而且它的制造機(jī)理與現(xiàn)代工業(yè)裝置相匹配，換句話說，它是利用廣泛已知的各種外延技術(shù)如分子束外延(MBE)、化學(xué)氣相淀積（MOVCD）等來進(jìn)行器件制造的傳統(tǒng)方法。“Build-down”方法的缺點(diǎn)是較高的成本。在“build-down”方法中有幾條不同的技術(shù)路徑來制造納米結(jié)構(gòu)。最簡(jiǎn)單的一種，也是最早使用的一種是直接在襯底上刻蝕結(jié)構(gòu)來得到量子點(diǎn)或者量子線。另外一種是包括用離子注入來形成納米結(jié)構(gòu)。這兩種技術(shù)都要求使用開有小尺寸窗口的光刻版。第三種技術(shù)是通過自組裝機(jī)制來制造量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。自組裝方法是在晶格失配的材料中自然生長納米尺度的島。在Stranski-Krastanov生長模式中，當(dāng)材料生長到一定厚度后，二維的逐層生長將轉(zhuǎn)換成三維的島狀生長，這時(shí)量子點(diǎn)就會(huì)生成。業(yè)已證明基于自組裝量子點(diǎn)的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子點(diǎn)器件的飽和材料增益要比相應(yīng)的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3個(gè)量級(jí)。閾值電流密度低于100A/cm2、室溫輸出功率在瓦特量級(jí)（典型的量子阱基激光器的輸出功率是5-50mW）的連續(xù)波量子點(diǎn)激光器也已經(jīng)報(bào)道。無論是何種材料系統(tǒng)，量子點(diǎn)激光器件都預(yù)期具有低閾值電流密度，這預(yù)示目前還要求在大閾值電流條件下才能激射的寬帶系材料如III組氮化物基激光器還有很大的顯著改善其性能的空間。目前這類器件的性能已經(jīng)接近或達(dá)到商業(yè)化器件所要求的指標(biāo)，預(yù)期量子點(diǎn)基的此類材料激光器將很快在市場(chǎng)上出現(xiàn)。量子點(diǎn)基光電子器件的進(jìn)一步改善主要取決于量子點(diǎn)幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。雖然在生長條件上如襯底溫度、生長元素的分氣壓等的變化能夠在一定程度上控制點(diǎn)的尺寸和密度，自組裝量子點(diǎn)還是典型底表現(xiàn)出在大小、密度及位置上的隨機(jī)變化，其中僅僅是密度可以粗糙地控制。自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的漲落導(dǎo)致它們的光發(fā)射的非均勻展寬，因此減弱了使用零維體系制作器件所期望的優(yōu)點(diǎn)。由于量子點(diǎn)尺寸的統(tǒng)計(jì)漲落和位置的隨機(jī)變化，一層含有自組裝量子點(diǎn)材料的光致發(fā)光譜典型地很寬。在豎直疊立的多層量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中這種譜展寬效應(yīng)可以被減弱。如果隔離層足夠薄，豎直疊立的多層量子點(diǎn)可典型地展現(xiàn)出豎直對(duì)準(zhǔn)排列，這可以有效地改善量子點(diǎn)的均勻性。然而，當(dāng)隔離層薄的時(shí)候，在一列量子點(diǎn)中存在載流子的耦合，這將失去因使用零維系統(tǒng)而帶來的優(yōu)點(diǎn)。怎樣優(yōu)化量子點(diǎn)的尺寸和隔離層的厚度以便既能獲得好均勻性的量子點(diǎn)又同時(shí)保持載流子能夠限制在量子點(diǎn)的個(gè)體中對(duì)于獲得器件的良好性能是至關(guān)重要的。
很清楚納米科學(xué)的首次浪潮發(fā)生在過去的十年中。在這段時(shí)期，研究者已經(jīng)證明了納米結(jié)構(gòu)的許多嶄新的性質(zhì)。學(xué)者們更進(jìn)一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法來進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)制造。這些成果向我們展示，如果納米結(jié)構(gòu)能夠大量且廉價(jià)地被制造出來，我們必將收獲更多的成果。
在未來的十年中，納米科學(xué)和技術(shù)的第二次浪潮很可能發(fā)生。在這個(gè)新的時(shí)期，科學(xué)家和工程師需要征明納米結(jié)構(gòu)的潛能以及期望功能能夠得到兌現(xiàn)。只有獲得在尺寸、成份、位序以及材料純度上良好可控能力并成功地制造出實(shí)用器件才能實(shí)現(xiàn)人們對(duì)納米器件所期望的功能。因此，納米科學(xué)的下次浪潮的關(guān)鍵點(diǎn)是納米結(jié)構(gòu)的人為可控性。
III.納米結(jié)構(gòu)尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮
為了充分發(fā)揮量子點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)之處，我們必須能夠控制量子點(diǎn)的位置、大小、成份已及密度。其中一個(gè)可行的方法是將量子點(diǎn)生長在已經(jīng)預(yù)刻有圖形的襯底上。由于量子點(diǎn)的橫向尺寸要處在10-20納米范圍（或者更小才能避免高激發(fā)態(tài)子能級(jí)效應(yīng)，如對(duì)于GaN材料量子點(diǎn)的橫向尺寸要小于8納米）才能實(shí)現(xiàn)室溫工作的光電子器件，在襯底上刻蝕如此小的圖形是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。對(duì)于單電子晶體管來說，如果它們能在室溫下工作，則要求量子點(diǎn)的直徑要小至1-5納米的范圍。這些微小尺度要求已超過了傳統(tǒng)光刻所能達(dá)到的精度極限。有幾項(xiàng)技術(shù)可望用于如此的襯底圖形制作。
—電子束光刻通?？梢杂脕碇谱魈卣鞒叨刃≈?0納米的圖形。如果特殊薄膜能夠用作襯底來最小化電子散射問題，那特征尺寸小至2納米的圖形可以制作出來。在電子束光刻中的電子散射因?yàn)樗^近鄰干擾效應(yīng)（proximityeffect）而嚴(yán)重影響了光刻的極限精度，這個(gè)效應(yīng)造成制備空間上緊鄰的納米結(jié)構(gòu)的困難。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是相當(dāng)費(fèi)時(shí)。例如，刻寫一張4英寸的硅片需要時(shí)間1小時(shí)，這不適宜于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。電子束投影系統(tǒng)如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在發(fā)展之中以便使這項(xiàng)技術(shù)較適于用于規(guī)模生產(chǎn)。目前，耗時(shí)和近鄰干擾效應(yīng)這兩個(gè)問題還沒有得到解決。
—聚焦離子束光刻是一種機(jī)制上類似于電子束光刻的技術(shù)。但不同于電子束光刻的是這種技術(shù)并不受在光刻膠中的離子散射以及從襯底來的離子背散射影響。它能刻出特征尺寸細(xì)到6納米的圖形，但它也是一種耗時(shí)的技術(shù)，而且高能離子束可能造成襯底損傷。
—掃描微探針術(shù)可以用來劃刻或者氧化襯底表面，甚至可以用來操縱單個(gè)原子和分子。最常用的方法是基于材料在探針作用下引入的高度局域化增強(qiáng)的氧化機(jī)制的。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)用來刻劃金屬（Ti和Cr）、半導(dǎo)體（Si和GaAs）以及絕緣材料（Si3N4和silohexanes），還用在LB膜和自聚集分子單膜上。此種方法具有可逆和簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)。引入的氧化圖形依賴于實(shí)驗(yàn)條件如掃描速度、樣片偏壓以及環(huán)境濕度等?？臻g分辨率受限于針尖尺寸和形狀（雖然氧化區(qū)域典型地小于針尖尺寸）。這項(xiàng)技術(shù)已用于制造有序的量子點(diǎn)陣列和單電子晶體管。這項(xiàng)技術(shù)的主要缺點(diǎn)是處理速度慢（典型的刻寫速度為1mm/s量級(jí)）。然而，最近在原子力顯微術(shù)上的技術(shù)進(jìn)展—使用懸臂樑陣列已將掃描速度提高到4mm/s。此項(xiàng)技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)是它的杰出的分辨率和能產(chǎn)生任意幾何形狀的圖形能力。但是，是否在刻寫速度上的改善能使它適用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的還有待于觀察。直到目前為止，它是一項(xiàng)能操控單個(gè)原子和分子的唯一技術(shù)。
—多孔膜作為淀積掩版的技術(shù)。多孔膜能用多種光刻術(shù)再加腐蝕來制備，它也可以用簡(jiǎn)單的陽極氧化方法來制備。鋁膜在酸性腐蝕液中陽極氧化就可以在鋁膜上產(chǎn)生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范圍。制備多孔膜的其他方法是從納米溝道玻璃膜復(fù)制。用這項(xiàng)技術(shù)已制造出含有細(xì)至40nm的空洞的鎢、鉬、鉑以及金膜。
—倍塞（diblock）共聚物圖形制作術(shù)是一種基于不同聚合物的混合物能夠產(chǎn)生可控及可重復(fù)的相分離機(jī)制的技術(shù)。目前，經(jīng)過反應(yīng)離子刻蝕后，在旋轉(zhuǎn)涂敷的倍塞共聚物層中產(chǎn)生的圖形已被成功地轉(zhuǎn)移到Si3N4膜上，圖形中空洞直徑20nm，空洞之間間距40nm。在聚苯乙烯基體中的自組織形成的聚異戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱體）可以被臭氧去掉或者通過鋨染色而保留下來。在第一種情況，空洞能夠在氮化硅上產(chǎn)生；在第二種情況，島狀結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生。目前利用倍塞共聚物光刻技術(shù)已制造出GaAs納米結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向特征尺寸約為23nm,密度高達(dá)1011/cm2。
—與倍塞共聚物圖形制作術(shù)緊密相關(guān)的一項(xiàng)技術(shù)是納米球珠光刻術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的基本思路是將在旋轉(zhuǎn)涂敷的球珠膜中形成的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上。各種尺寸的聚合物球珠是商業(yè)化的產(chǎn)品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比較困難的。用球珠單層膜已能制備出特征尺寸約為球珠直徑1/5的三角形圖形。雙層膜納米球珠掩膜版也已被制作出。能夠在金屬、半導(dǎo)體以及絕緣體襯底上使用納米球珠光刻術(shù)的能力已得到確認(rèn)。納米球珠光刻術(shù)（納米球珠膜的旋轉(zhuǎn)涂敷結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕）已被用來在一些半導(dǎo)體表面上制造空洞和柱狀體納米結(jié)構(gòu)。
—將圖形從母體版轉(zhuǎn)移到襯底上的其他光刻技術(shù)。幾種所謂“軟光刻“方法，比如復(fù)制鑄模法、微接觸印刷法、溶劑輔助鑄模法以及用硬模版浮雕法等已被探索開發(fā)。其中微接觸印刷法已被證明只能用來刻制特征尺寸大于100nm的圖形。復(fù)制鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是ellastometric聚合物可被用來制作成一個(gè)戳子，以便可用同一個(gè)戳子通過對(duì)戳子的機(jī)械加壓能夠制作不同側(cè)向尺寸的圖形。在溶劑輔助鑄模法和用硬模版浮雕法（或通常稱之為納米壓印術(shù)）之間的主要差異是，前者中溶劑被用于軟化聚合物，而后者中軟化聚合物依靠的是溫度變化。溶劑輔助鑄模法的可能優(yōu)點(diǎn)是不需要加熱。納米壓印術(shù)已被證明可用來制作具有容量達(dá)400Gb/in2的納米激光光盤，在6英寸硅片上刻制亞100nm分辨的圖形，刻制10nmX40nm面積的長方形，以及在4英寸硅片上進(jìn)行圖形刻制。除傳統(tǒng)的平面納米壓印光刻法之外，滾軸型納米壓印光刻法也已被提出。在此類技術(shù)中溫度被發(fā)現(xiàn)是一個(gè)關(guān)鍵因素。此外，應(yīng)該選用具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物。為了取得高產(chǎn)，下列因素要解決：
1）大的戳子尺寸
2）高圖形密度戳子
3）低穿刺（lowsticking）
4）壓印溫度和壓力的優(yōu)化
5）長戳子壽命。
具有低穿刺率的大尺寸戳子已經(jīng)被制作出來。已有少量研究工作在試圖優(yōu)化壓印溫度和壓力，但顯然需要進(jìn)行更多的研究工作才能得到溫度和壓力的優(yōu)化參數(shù)。高圖形密度戳子的制作依然在發(fā)展之中。還沒有足夠量的工作來研究戳子的壽命問題。曾有研究報(bào)告報(bào)道，覆蓋有超薄的特氟隆類薄膜的模板可以用來進(jìn)行50次的浮刻而不需要中間清洗。報(bào)告指出最大的性能退化來自于嵌在戳子和聚合物之間的灰塵顆粒。如果戳子是從ellastometric母版制作出來的，抗穿刺層可能需要使用，而且進(jìn)行大約5次壓印后需要更換。值得關(guān)心的其他可能問題包括鑲嵌的灰塵顆引起的戳子損傷或聚合物中圖形損傷，以及連續(xù)壓印之間戳子的清洗需要等。盡管進(jìn)一步的優(yōu)化和改良是必需的，但此項(xiàng)技術(shù)似乎有希望獲得高生產(chǎn)率。壓印過程包括對(duì)準(zhǔn)、加熱及冷卻循環(huán)等，整個(gè)過程所需時(shí)間大約20分鐘。使用具有較低玻璃化轉(zhuǎn)換溫度的聚合物可以縮短加熱和冷卻循環(huán)所需時(shí)間，因此可以縮短整個(gè)壓印過程時(shí)間。
IV．納米制造所面對(duì)的困難和挑戰(zhàn)
上述每一種用于在襯底上圖形刻制的技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。目前，似乎沒有哪個(gè)單一種技術(shù)可以用來高產(chǎn)量地刻制納米尺度且任意形狀的圖形。我們可以將圖形刻制的全過程分成下列步驟：
1．在一塊模版上刻寫圖形
2．在過渡性或者功能性材料上復(fù)制模版上的圖形
3．轉(zhuǎn)移在過渡性或者功能性材料上復(fù)制的圖形。
很顯然第二步是最具挑戰(zhàn)性的一步。先前描述的各項(xiàng)技術(shù)，例如電子束光刻或者掃描微探針光刻技術(shù)，已經(jīng)能夠刻寫非常細(xì)小的圖形。然而，這些技術(shù)都因相當(dāng)費(fèi)時(shí)而不適于規(guī)模生產(chǎn)。納米壓印術(shù)則因可作多片并行處理而可能解決規(guī)模生產(chǎn)問題。此項(xiàng)技術(shù)似乎很有希望，但是在它能被廣泛應(yīng)用之前現(xiàn)存的嚴(yán)重的材料問題必須加以解決。納米球珠和倍塞共聚物光刻術(shù)則提供了將第一步和第二步整合的解決方案。在這些技術(shù)中，圖形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分來確定。然而，用這兩種光刻術(shù)刻寫的納米結(jié)構(gòu)的形狀非常有限。當(dāng)這些技術(shù)被人們看好有很大的希望用來刻寫圖形以便生長出有序的納米量子點(diǎn)陣列時(shí)，它們卻完全不適于用來刻制任意形狀和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的圖形。為了能夠制造出高質(zhì)量的納米器件，不但必須能夠可靠地將圖形轉(zhuǎn)移到功能材料上，還必須保證在刻蝕過程中引入最小的損傷。濕法腐蝕技術(shù)典型地不產(chǎn)生或者產(chǎn)生最小的損傷，可是濕法腐蝕并不十分適于制備需要陡峭側(cè)墻的結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)樵谘谀０嫦乱欢ǔ潭鹊你@蝕是不可避免的，而這個(gè)鉆蝕決定性地影響微小結(jié)構(gòu)的刻制。另一方面，用干法刻蝕技術(shù)，譬如，反應(yīng)離子刻蝕(RIE)或者電子回旋共振（ECR）刻蝕，在優(yōu)化條件下可以獲得陡峭的側(cè)墻。直到今天大多數(shù)刻蝕研究都集中于刻蝕速度以及刻蝕出垂直墻的能力，而關(guān)于刻蝕引入損傷的研究嚴(yán)重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深處探測(cè)到刻蝕引入的損傷。當(dāng)器件中的個(gè)別有源區(qū)尺寸小于100nm時(shí)，如此大的損傷是不能接受的。還有就是因?yàn)樗械募{米結(jié)構(gòu)都有大的表面-體積比，必須盡可能地減少在納米結(jié)構(gòu)表面或者靠近的任何缺陷。
隨著器件持續(xù)微型化的趨勢(shì)的發(fā)展，普通光刻技術(shù)的精度將很快達(dá)到它的由光的衍射定律以及材料物理性質(zhì)所確定的基本物理極限。通過采用深紫外光和相移版，以及修正光學(xué)近鄰干擾效應(yīng)等措施，特征尺寸小至80nm的圖形已能用普通光刻技術(shù)制備出。然而不大可能用普通光刻技術(shù)再進(jìn)一步顯著縮小尺寸。采用X光和EUV的光刻技術(shù)仍在研發(fā)之中，可是發(fā)展這些技術(shù)遇到在光刻膠以及模版制備上的諸多困難。目前來看，雖然也有一些具挑戰(zhàn)性的問題需要解決，特別是需要克服電子束散射以及相關(guān)聯(lián)的近鄰干擾效應(yīng)問題，但投影式電子束光刻似乎是有希望的一種技術(shù)。掃描微探針技術(shù)提供了能分辨單個(gè)原子或分子的無可匹敵的精度，可是此項(xiàng)技術(shù)卻有固有的慢速度，目前還不清楚通過給它加裝陣列懸臂樑能否使它達(dá)到可以接受的刻寫速度。利用轉(zhuǎn)移在自組裝薄膜中形成的圖形的技術(shù)，例如倍塞共聚物以及納米球珠刻寫技術(shù)則提供了實(shí)現(xiàn)成本不是那么昂貴的大面積圖形刻寫的一種可能途徑。然而，在這種方式下形成的圖形僅局限于點(diǎn)狀或者柱狀圖形。對(duì)于制造相對(duì)簡(jiǎn)單的器件而言，此類技術(shù)是足夠用的，但并不能解決微電子工業(yè)所面對(duì)的問題。需要將圖形從一張模版復(fù)制到聚合物膜上的各種所謂“軟光刻“方法提供了一種并行刻寫的技術(shù)途徑。模版可以用其他慢寫技術(shù)來刻制，然后在模版上的圖形可以通過要么熱輔助要么溶液輔助的壓印法來復(fù)制。同一塊模版可以用來刻寫多塊襯底，而且不像那些依賴化學(xué)自組裝圖形形成機(jī)制的方法，它可以用來刻制任意形狀的圖形。然而，要想獲得高生產(chǎn)率，某些技術(shù)問題如穿刺及因灰塵導(dǎo)致的損傷等問題需要加以解決。對(duì)一個(gè)理想的納米刻寫技術(shù)而言，它的運(yùn)行和維修成本應(yīng)該低，它應(yīng)具備可靠地制備尺寸小但密度高的納米結(jié)構(gòu)的能力，還應(yīng)有在非平面上刻制圖形的能力以及制備三維結(jié)構(gòu)的功能。此外，它也應(yīng)能夠做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而時(shí)至今日，仍然沒有任何一項(xiàng)能制作亞100nm圖形的單項(xiàng)技術(shù)能同時(shí)滿足上述所有條件?，F(xiàn)在還難說是否上述技術(shù)中的一種或者它們的某種組合會(huì)取代傳統(tǒng)的光刻技術(shù)。究竟是現(xiàn)有刻寫技術(shù)的組合還是一種全新的技術(shù)會(huì)成為最終的納米刻寫技術(shù)還有待于觀察。
另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是，為了更新我們關(guān)于納米結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和知識(shí)，有必要改善現(xiàn)有的表征技術(shù)或者發(fā)展一種新技術(shù)能夠用來表征單個(gè)納米尺度物體。由于自組裝量子點(diǎn)在尺寸上的自然漲落，可信地表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力對(duì)于研究這些結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)是絕對(duì)至關(guān)重要的。目前表征單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的能力非常有限。譬如，沒有一種結(jié)構(gòu)表征工具能夠用來確定一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)到0.1À的精度或者更佳。透射電子顯微術(shù)(TEM)能夠用來研究一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況，但是它不能提供有關(guān)表面以及靠近表面的原子排列情況的信息。掃描隧道顯微術(shù)（STM）和原子力顯微術(shù)（AFM）能夠給出表面某區(qū)域的形貌，但它們并不能提供定量結(jié)構(gòu)信息好到能仔細(xì)理解表面性質(zhì)所要求的精度。當(dāng)近場(chǎng)光學(xué)方法能夠給出局部區(qū)域光譜信息時(shí)，它們能給出的關(guān)于局部雜質(zhì)濃度的信息則很有限。除非目前用來表征表面和體材料的技術(shù)能夠擴(kuò)展到能夠用來研究單個(gè)納米體的表面和內(nèi)部情況，否則能夠得到的有關(guān)納米結(jié)構(gòu)的所有重要結(jié)構(gòu)和組份的定量信息非常有限。
V.展望
新的科學(xué)技術(shù)將人類不斷帶入新的時(shí)代，然而藝術(shù)則不斷使這個(gè)時(shí)代變得更加豐富?？茖W(xué)與藝術(shù)作為人類生活的物質(zhì)與文化的兩個(gè)重要組成部分，它們之間的關(guān)系問題固然也成為當(dāng)今研究者研討的熱點(diǎn)了。設(shè)計(jì)藝術(shù)是兩大要素的對(duì)立統(tǒng)一，即功能合理性所依托的科學(xué)技術(shù)和審美所依托的藝術(shù)。無論哪一種設(shè)計(jì)風(fēng)格或設(shè)計(jì)產(chǎn)品，它的最終服務(wù)對(duì)象和使用者都是人，人的需求一端連著科學(xué)技術(shù)解決實(shí)用性的問題而另一端則連著藝術(shù)創(chuàng)造解決審美問題，綜合起來就是設(shè)計(jì)藝術(shù)?？茖W(xué)技術(shù)與藝術(shù)可以說是一對(duì)雙胞胎，并以實(shí)踐為紐帶相互影響，并肩發(fā)展。科學(xué)技術(shù)是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而設(shè)計(jì)是科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)為人類服務(wù)目標(biāo)的手段。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平會(huì)直接影響設(shè)計(jì)水平?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步造就了設(shè)計(jì)的大環(huán)境，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與社會(huì)背景、環(huán)境狀況的種種改變，都會(huì)影響著設(shè)計(jì)師的選用材料、設(shè)計(jì)風(fēng)格、設(shè)計(jì)方法。隨著方法、材料、工具的改變與變化，科學(xué)技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)活動(dòng)產(chǎn)生著直接影響。
二、科學(xué)技術(shù)與設(shè)計(jì)藝術(shù)的交織展
2.1科學(xué)技術(shù)與設(shè)計(jì)藝術(shù)的交織
技術(shù)與藝術(shù)自古以來就是分不開的，無論是原始社會(huì)還是近現(xiàn)代社會(huì)，科學(xué)技術(shù)與設(shè)計(jì)都是聯(lián)系緊密，既相互對(duì)立又相互轉(zhuǎn)化的。設(shè)計(jì)是“藝術(shù)化的造物行為”，它與科學(xué)技術(shù)一樣，都需要?jiǎng)?chuàng)新，這樣制作出的物品才能夠滿足使用者的心理與使用需求。如西漢長信宮燈：宮燈燈體為鎏金，雙手執(zhí)燈靜坐的宮女，神態(tài)恬靜優(yōu)雅。燈體通高48厘米，重15.85公斤。長信宮燈設(shè)計(jì)十分巧妙，由頭部、右臂、身軀、燈罩、燈盤、燈座6個(gè)部分分別鑄造組成，頭部和右臂可以組裝拆卸，便于對(duì)燈具進(jìn)行清洗。宮燈部分的燈盤分上下兩部分，刻有陰陽家的銘文，可以轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)整燈光的方向，鑲嵌于燈盤溝槽上的弧形瓦狀銅板可以調(diào)整出光口開口的大小來控制燈的亮度。右手與下垂的衣袖罩于銅燈頂部。宮女銅像體內(nèi)中空，其中空的右臂沉積于宮女體內(nèi)，不會(huì)大量散逸到周圍環(huán)境中，既防止了空氣污染，又有審美價(jià)值?？梢哉f長信宮燈非常符合現(xiàn)代人體工學(xué)和以人為本的概念，在環(huán)保功能與光學(xué)照明方面的設(shè)計(jì)運(yùn)用。20世紀(jì)以來，科技文明的進(jìn)步，使得科學(xué)與技術(shù)、藝術(shù)之間的關(guān)系密切程度提高了。21世紀(jì)后現(xiàn)代藝術(shù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)師要更科學(xué)、更理性的去創(chuàng)造與認(rèn)識(shí)一切，這樣現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)才能成為設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)創(chuàng)造的更有力的支持與保障。所以說現(xiàn)代藝術(shù)設(shè)計(jì)與科學(xué)技術(shù)是密不可分的兄弟關(guān)系。比如現(xiàn)代一個(gè)不懂計(jì)算機(jī)技術(shù)的設(shè)計(jì)師很難展開他的設(shè)計(jì)活動(dòng)，或者說不用計(jì)算機(jī)的輔助，會(huì)在速度以及效果圖上落后于其他熟練操作各種輔助軟件的設(shè)計(jì)師。又比如即使是在傳統(tǒng)繪畫方面，也面臨著在新材料、新工藝的出現(xiàn)上，科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展帶來的各種問題，作為一個(gè)現(xiàn)代的藝術(shù)工作者，既要有返璞歸真的思想也要有勇于創(chuàng)新的勇氣，不能單一的去追求某個(gè)方面，否則就會(huì)走進(jìn)思維的死胡同。
2.2科學(xué)技術(shù)推動(dòng)藝術(shù)設(shè)計(jì)的發(fā)展
科學(xué)技術(shù)服務(wù)于人類的生活與生存需求，與設(shè)計(jì)的目的幾乎相同，同樣都是為人而設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)藝術(shù)需要借助科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造更新、奇、異的效果。科學(xué)技術(shù)同樣也離不開藝術(shù)，因?yàn)樗枰囆g(shù)的外殼來包裝自己、推廣自己、以最快的方式得到大眾的認(rèn)可。所有的藝術(shù)都離不開日益更新的科學(xué)技術(shù)，有了新技術(shù)的血液注入，傳統(tǒng)的藝術(shù)形式才能夠得到繼承的同時(shí)被完善和發(fā)展，從而變得更加絢麗多彩。隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，人類的生活變得更加豐富多彩了，但是由于活動(dòng)的種類與規(guī)模的不斷拓寬，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和大面積自然的過度開發(fā)。所以人類開始重新思考正確的發(fā)展模式，通過創(chuàng)新新能源或改進(jìn)原有能源技術(shù)從根本上進(jìn)行治理，提高現(xiàn)有能源的利用效率、開發(fā)清潔能源等。在七十年代，格魯斯在德國首先提高了再生循環(huán)處理設(shè)計(jì)思想，這種設(shè)計(jì)思想就是生態(tài)設(shè)計(jì)，也稱為綠色設(shè)計(jì)或生命周期設(shè)計(jì)，這是一種新的設(shè)計(jì)觀念，是將環(huán)境因素納入設(shè)計(jì)中，進(jìn)而幫助設(shè)計(jì)決策方向。如今，人們開始進(jìn)入“數(shù)字化”的時(shí)代。從前的二維設(shè)計(jì)狀態(tài)不斷地受到三維四維設(shè)計(jì)的沖擊，設(shè)計(jì)師在不斷探求新的領(lǐng)域，而受眾也在不斷嘗試接受新的設(shè)計(jì)狀態(tài)。由于技術(shù)的支持，藝術(shù)家的思維也延續(xù)到其他領(lǐng)域中去尋找突破的靈感。所以說“數(shù)字化”時(shí)代的科學(xué)技術(shù)為藝術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)造活動(dòng)提供了更廣闊的的造型基礎(chǔ)，現(xiàn)代藝術(shù)設(shè)計(jì)也逐漸由傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方向向“數(shù)字化”方向轉(zhuǎn)變。
