Наноэлектроника – технология будущего

// // Интересное в сети //

Термин «наноэлектроника» вошел в обиход относительно недавно, придя на смену более привычной микроэлектронике. Сам термин «микроэлектроника» появился в 60-х годах прошлого столетия и подразумевал передовые технологии того времени – полупроводниковую электронику, размеры элементов в которой исчислялись в микронах.

 Пришедшая ей на смену наноэлектроника, предполагает построение архитектур и создание технологий изготовления электронных устройств с функциональными элементами, топологические размеры которых не превышают 100 нм. Основной отличительной особенностью наноэлектроники является не обычная механическая минимизация компонентов, а преобладание для элементов таких размеров квантовых эффектов, использование которых вывело технологии на совершенно иной, более высокий уровень.

Уже в восьмидесятые годы прошлого века полупроводниковая техника включала в себя такие наноструктуры, как гетеропереходы, квантовые ямы и точки, сверхрешетки. Основой для их синтезирования стали многокомпонентные соединения переменного состава. Специально разработанные технологические процессы создания таких элементов являлись логичным совершенствованием и развитием классических технологий полупроводниковой электроники: эпитаксии, имплантации, напыления, диффузии, окисления, литографии и пр.

Благодаря развитию научно-технической мысли в производство наноэлектронных элементов стали внедряться такие инновационные технологии, как фотонный отжиг, молекулярно-лучевая эпитаксия, ионно-лучевая имплантация и прочие. Настоящим научным и технологическим прорывом в развитии наноэлектроники стало создание сканирующе-туннельного микроскопа и атомно-силового микроскопа.

Методика сканирующе-туннельной микроскопии, изобретенная в начале восьмидесятых годов, основана на, так называемом, квантовом туннелировании. Специальные иглы-зонды, представляющие собой металлическую проволоку, подвергали предварительной обработке методом механической полировки или электрохимического травления. Затем данная игла-зонд обрабатывалась в высоковакуумной камере. Что вызывало образование туннельных токов при подаче напряжения на иглу.

При увеличении напряжения между сканируемым объектом и зондом возникает эффект притягивания к зонду одного или нескольких атомов с поверхности объекта. При этом игла-зонд могла перенести притянутые атомы на другое место. Регулируя подаваемое напряжение, можно было добиться движения атомов вдоль поверхности или отделения их от молекулы. Создание этой методики позволило динамично развивать нанотехнологии. Именно таким способом в 1990 г. IBM сделала свою знаменитую надпись, состоявшую из тридцати пяти атомов ксенона.

Еще одним изобретением, способствующим бурному развитию нанотехнологий, стал атомно-силовой микроскоп. Он, по своей сути, является сканирующим зондовым микроскопом высокого разрешения. Его используют для определения и изучения рельефа поверхности на атомном уровне. Главное его отличие от сканирующе-туннельного микроскопа заключается в возможности исследования, как проводящих, так и непроводящих поверхностей. Это изобретение предоставляет широкие возможности для изучения взаимодействия объектов сверхмалых размеров, измерения силы трения между ними, а также их адгезии.

В некоторой степени переход к нанотехнологиям основывается на достижениях микроэлектроники. Так, как в наноэлектронике используются уменьшенные до атомных размеров транзисторы, диоды и собранные из них схемы. Будущее наноэлектроники также сулит совершенно новые перспективы и принципы построения электронных архитектур, базирующиеся на квантовых эффектах, волновых свойствах электронов и прочих явлениях наномира.