日科學(xué)家發(fā)明蛋白質(zhì)和DNA制造的高性能存儲(chǔ)器

日前在日本千葉縣召開的日本應(yīng)用物理學(xué)會(huì)會(huì)議上，科學(xué)家發(fā)布了由松下公司、東北大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)和大阪大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的利用蛋白質(zhì)制造高性能存儲(chǔ)器的技術(shù)。

日本科技人員為了使極小的金屬微粒能夠規(guī)則排列，利用了蛋白質(zhì)所具有的特殊的“自組織”現(xiàn)象。研究人員所使用的蛋白質(zhì)是內(nèi)部有空洞的球狀鐵蛋白，其直徑為12納米。利用新技術(shù)制作的存儲(chǔ)器已成功地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝很難加工幾納米線寬的半導(dǎo)體器件。該技術(shù)實(shí)際使用后，可在一張郵票大小的面積上存儲(chǔ)1T(10的12次方)比特的數(shù)據(jù)，比目前的傳統(tǒng)存儲(chǔ)器容量大30倍。

研究人員使用大腸桿菌制作大量鐵蛋白，再將嵌入金屬微粒的鐵蛋白在襯底上規(guī)則排列，從而制成蛋白質(zhì)存儲(chǔ)器。具體的步驟是：將金屬浸在溶液中，這樣可使金屬微粒進(jìn)入鐵蛋白之中。為了去除會(huì)使器件工作不正常的堿金屬，需要將其過濾。利用蛋白質(zhì)的“自組織”作用，鐵蛋白能夠沿著預(yù)先在硅襯底上制作出的有機(jī)分子膜的圖形，規(guī)則整齊地排列。在經(jīng)清洗和干燥處理，并加熱至500℃后，硅襯底上就僅剩下了規(guī)則排列的金屬。如果將其加上電壓就會(huì)流過電流，從而獲得存儲(chǔ)器必備的電特性。然后利用傳統(tǒng)技術(shù)，在硅襯底上安裝上電極，就制成了存儲(chǔ)器。

迄今為止已有科技人員開發(fā)了利用蛋白質(zhì)使金屬規(guī)則排列的技術(shù)。然而蛋白質(zhì)只有在含有鈉等堿性金屬的生理環(huán)境下才能很好地發(fā)揮其功能。但是堿金屬會(huì)損壞半導(dǎo)體器件，因?yàn)樗鼤?huì)引起器件故障或誤動(dòng)作，甚至導(dǎo)致器件失效。日本科技人員開發(fā)的新技術(shù)可使堿金屬幾乎為零。如果實(shí)用化，可制成比傳統(tǒng)存儲(chǔ)器容量大30倍以上的器件，這將會(huì)有廣泛的應(yīng)用。日本科技人員預(yù)計(jì)5年后可批量生產(chǎn)實(shí)用的器件。

有關(guān)專家指出，這是一種突破半導(dǎo)體制造上的光刻極限，使用蛋白質(zhì)和DNA制造器件的開創(chuàng)性的先進(jìn)技術(shù)。半導(dǎo)體器件主要靠先進(jìn)的光刻技術(shù)提高集成度。受技術(shù)條件限制，目前實(shí)用的是45納米的光刻技術(shù)已接近當(dāng)前的技術(shù)極限，進(jìn)一步提高難度很大。另外更重要的是，先進(jìn)的光刻技術(shù)成本很高，在器件價(jià)格不斷降低的市場(chǎng)環(huán)境下，半導(dǎo)體廠商已不堪投資重負(fù)。為此他們紛紛開發(fā)不采用傳統(tǒng)光刻方式的新型半導(dǎo)體制造技術(shù)，利用蛋白質(zhì)制造器件的技術(shù)漸漸進(jìn)入了人們視野。日本科技人員開發(fā)的此項(xiàng)新技術(shù)，使蛋白質(zhì)在適當(dāng)?shù)臈l件下，通過自組織作用，形成規(guī)則的器件結(jié)構(gòu)。由于該技術(shù)是在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)成功的，因而通用性強(qiáng)，成本也比較低，這將帶動(dòng)生物產(chǎn)業(yè)進(jìn)入半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域的新時(shí)代。