Перспективы нанотехнологий в микроэлектронике

// // Интересное в сети //

Новые свойства материалов, обнаруживаемые при переходе к предельно малым частицам вещества, ещё недостаточно изучены. Тем не менее, уже сегодня в отдельных отраслях промышленности удаётся достичь определённых результатов, связанных с переходом на нанотехнологии. Такие подходы, реализуемые в настоящее время в полупроводниковой электронике, например, предоставляют учёным возможность освоения качественно нового уровня технологий и позволяют изготавливать электронные компоненты с уникальными характеристиками.

Группе университетских специалистов из штата Иллинойс (США) недавно удалось создать биполярный транзистор с рабочей частотой около 600 ГГц. В скором времени предполагается создание нанотранзистора, предельная частота переключения которого сможет превысить терагерцовый барьер. Отмечается, что при переходе к новым технологиям изготовления компонентов были обнаружены интересные закономерности.

Дело в том, что при высоких рабочих частотах транзисторы обычно сильно нагреваются (из-за высокой плотности переносимого ими заряда). В новых композитных транзисторах удаётся поддерживать плотность тока на более низком уровне, что существенно повышает надёжность создаваемых на их основе устройств. При помощи таких «быстрых» транзисторов удаётся изготавливать всё более быстродействующие микропроцессоры, что означает возможность разработки современных мощных компьютерных комплексов и эффективных систем связи.

Перспективы миниатюризации

По мнению специалистов, современная полупроводниковая индустрия способна достичь физического предела микроминиатюризации большинства электронных компонентов уже к 2015–2020 годам. Будущее этого процесса всецело определяется возможностью перехода на качественно новую ступень развития, связанную с внедрением в производство электронных компонентов современных нанотехнологий.

Сегодня отдельным производителям чипов и микропроцессоров удаётся преодолеть рубеж миниатюризации в 43 нм, т.е. можно смело констатировать тот факт, что в своей работе они уже пользуются масштабами нанотехнологий. В ближайшие десятилетия компании-производители микропроцессорных чипов, вложившие в освоение нанотехнологий немало средств, обеспечат себе заметные преимущества и смогут уйти в своём развитии далеко вперёд.

Одна из основных проблем, возникающих в ходе в создания наноструктур – это сборка отдельных нанокомпонентов в рабочую «заготовку». Традиционный подход на основе инструментальных механизмов в этом случае не подходит. Некоторые ученые представляют себе процесс сборки в виде размещения нанокомпонентов в специально подготовленной жидкости, в которой они находятся в подвижном состоянии. Ориентируясь в жидкости определенным образом, они находят своё место на наноподложке, в результате чего и осуществляется их наносборка.

Наноминиатюризация и ДНК-чипы

Ещё один способ формирования наносборок предполагает использование принципов организации молекул ДНК, которые в перспективе могут служить основой для быстродействующих компьютеров будущего. Такие ДНК-чипы (называемые ещё биочипами) уже сегодня используются при проведении специальных генетических исследований.

Заряженные ДНК-чипы, способные создавать контролируемые электрические поля в каждом пикселе наноструктуры, могут стать основой для разработки различных приложений. В вычислительных устройствах, создаваемых на основе ДНК, электрические поля будут использоваться не только для управления процессом самосборки, но и смогут работать в качестве «материнских плат», предназначенных для компоновки молекул ДНК в рабочие трехмерные структуры. Поскольку молекулы ДНК сами по себе уже обладают свойствами программируемости и самоорганизации – настроить их на выполнение функций молекулярной электроники и фотоники не составит особого труда.

Те же самые молекулы ДНК могут присоединяться и к более крупным молекулярным образованиям (органическим и металлическим микрочастицам, нанотрубкам и кремниевым поверхностям, например). В перспективе электронные массивы и ДНК-компоненты позволят инженерам управлять процессом самостоятельной сборки многомерных электронных цепей и элементов крупных полупроводниковых структур.