半導体製造には、ボトムアップ・ナノテクノロジーとトップダウン加工技術を融合したものが利用される。例えば、ウェーハ製造は、微小な種結晶が溶融Siの入ったるつぼに浸漬されて始まる。種の周りでは無数のSi原子が種結晶構造と完全に配列し、自己組織化したSi単結晶インゴットを作り出す。もちろんこれはトップダウン・プロセスであるリソグラフィパターニング、絶縁膜や導電膜の成膜などと組み合わされ、半導体チップが出来上がる。

　しかし、これまでのような微細化が限界を迎えようとしている昨今、研究者は次世代技術革新の中心になるのはどんな技術か注目している。Jim Meindl氏は、はっきりとは分からないが、また別のトップダウンとボトムアップの技術が融合されたものに関係するだろうとみている。生物を支配する基礎的メカニズムが関係している何かではないのか、と。同氏は、米ジョージア工科大学ナノテクノロジー研究センターの所長として、総工費8000万ドルをかけた施設の開発を指揮している。同施設は、ナノメートル規模で生物科学と物理科学を融合させたものをベースとした新技術の構想を支えることになる。

　「植物、動物、そして人間は、誰にでも分かる最も驚くべき自己組織化の例だ」とMeindl氏は述べる。「Siから何か次にくるものへ我々が移行するために必要なブレークスルーを得るため、ボトムアップとトップダウンのナノテクノロジーの、より洗練された、巧みで見事な融合が行われるだろう」。

　新しいタイプのナノデバイスを作成するためには、半導体と圧電特性を組み合わせるナノワイヤーが関係してくるかもしれない(囲み「ナノピエゾトロニクス： ZnOナノワイヤーによって新ナノエレクトロニクスが誕生」を参照)。例えば、ナノピエゾトロニクスセンサーは、ナノ構造内を流れる電流を計測することで体内の血圧を測定できるかもしれない。

　このような研究を行うにはこれまでとは違ったクリーンルームが必要だ。従来のマイクロエレクトロニクス用クリーンルームは、粉塵の侵入を防ぎ湿度を制限するため陽圧下で稼動する。生命科学のクリーンルームは微生物を外に出さないよう負圧下で稼動する。「始めから分野を統合して研究するために設計された施設は世界でも例がないだろう」とMeindl氏は付け加えた。ジョージア工科大キャンパスの北側に建設中のマーカスナノテクノロジービル(図1、図2)には、生物学をベースとするナノテクノロジー研究専用のクリーンルーム(1万ft²)の隣に、従来のナノテクノロジー研究専用のクリーンルーム(2万ft²)が備えられることになっている。オープンは2008年中頃の予定である。

　米エモリー大学やその他一流機関との共同研究で、ジョージア工科大のナノテクとナノサイエンスのプログラムは、すでにそれら研究分野の統合の可能性を示した。例えば、合計4000万ドル以上に及ぶ3つの主要な研究イニシアチブが、がん撲滅やDNAの破損を修復する新たな方法を開発するため、ナノテク研究に資金を供給している。

　「ナノ医学では最高の工学部と最高の医学部を組み合わせ、そして今や我々は大変効果的にナノ医学の分野に移行できる特異な立場にある」とジョージア工科大の研究大学院副学長を務めるCharles Liotta氏はいう。「ナノテクノロジーとナノサイエンスはその他多くの科学技術分野に影響を与えるプラットフォーム技術。これらの研究分野の境界線で起きることを利用するのが狙いだ」。

　ナノテクノロジープログラムを基礎とした同大学のこのナノ医学の取り組みは、米国における高額研究費の上位25位内にすでにランクされている。また、同大学は最近の研究により、専門誌で「よく取り上げられる」ナノテク研究者数で国内3位となり、そのような出版物で発表した第一著者数のトップ10に入った。

　Liotta氏は、将来の更なる共同研究や、ジョージア州に拠点を置く企業も含めた業界各社へもたらされる恩恵を予想している。「1つの大学だけですべてのことはできない」と同氏はいう。「今日の研究のニーズを満たす知的資本や施設をすべて持っているところなどない」。同氏は、米オークリッジ国立研究所、国家ナノテクノロジー基盤ネットワーク(NNIN: National Nanotechnology Infrastructure Network)、英インペリアル・カレッジをジョージア工科大の共同研究の例として挙げた。

　今日、ジョージア工科大はDARPA(Defense Advanced Research Programs Agency)と米国半導体工業会の支援を受けたFCRP(Focus Center Research Program)の一拠点となっている。FCRPには、スタンフォード大学、マサチューセッツ工科大学(MIT)、カリフォルニア大学バークレー校、テキサス大学なども参加している。

　Meindl氏は、16万ft²もの広さをもつ新しい施設に、ジョージア工科大の構想を分かち合いたいと待っている企業が惹きつけられるだろうと予想する。すでに20社以上の企業がそのクリーンルーム施設を使用している。同施設には5～10nmの形状が作成可能な電子ビームリソグラフィ装置を含む最新設備が備わっている。

　ジョージア工科大はその半導体研究ですでに知られた存在であり、配線、冷却、電源、パッケージングなど主要な課題に取り組んでいる、とMeindl氏は述べる。これまでの実績としては、米IBM社と共同研究した500GHz以上の周波数で動作可能な初のSiGeトランジスタの実証などがある。「当大学とIBMは、大口径ウェーハとSi互換性のある低コストの製造技術を活用した商用Siベースの技術によって、1秒当たり5000億サイクルの速度を実現することに初めて成功した」と同大学の電気・コンピュータ工学部のバイヤーズ教授であり、同大学の付属機関Georgia Electronic Design Center (GEDC)の研究員であるJohn D. Cressler氏は述べる。「この研究はSiGeナノテク技術を用いて実現できる可能性の上限を再定義するものだ」。

　IBMとジョージア工科大のチームが製作したSiGeヘテロ接合バイポーラトランジスタは、4.5K(華氏-451度)において周波数500GHz以上で動作する。この超低温は液体He冷却を用いて実現された。室温では、これらの機器は350GHz以下で動作した。性能は特別な高周波テストシステム(図3)で測定された。究極的にこの技術は、室温でもかなり高い(テラヘルツ近くの)動作周波数まで対応できることがシミュレーションで示された、とCressler氏は述べる。

　歴史的に見て、ジョージア工科大学は、他の世界一流の大学の中で、マイクロエレクトロニクス研究ではあまり知られてこなかった。同大学は、何年も前に、現在世界経済にとって極めて重要になった技術の多くで遅れをとってからは、巻き返しを図らなければならなかった。

　新しいビルの起工式で、ジョージア工科大学長のWayne Clough氏は、同施設により同大学のナノテクノロジー研究を急激に成長させて、同大学がナノテクにおける国家的リーダーとなることを誓った。「我々はマイクロエレクトロニクス革命に追いつくために大変な苦労をした。今度はもうチャンスを逃すことはしない」と同氏は参加者に述べた。