F I z I k a o’quv qo’llanma

 

28.2    N a n o e l e k t r o n i k a n i n g   r i v o j l a n i s h i  

Oxirgi  yillarda  ilm-fan  olamida  ham,  yuqori  texnologiyalar  dunyosida  ham, 

sanoat  va  turmush  hayotimizda  ham  nanofanlar  va  nanotexnologiyalarning  o‘rni va 

ahamiyati  jadal  va  keng  miqyosda  oshib  bormoqda.  Ushbu  ma’ruzamizda  biz  ana 

shunday  yangi  yo‘nalishlardan  biri  bo‘lmish  nanoelektronika  haqida  umumiy  va 

biroz kengroq ma’lumot bermoqchimiz.  

Avval  elektronikaning  tarixiga  qisqacha to‘xtalib o‘taylik.   

1904  yil  angliyalik  D.  A.  Fleming  vakuumli  diodni,  2  yil  o‘tgach  L. De Fores 

va  R.  Liben  vakuumli  triodni  ixtiro  qilishgandan  keyin  elektron  vakuum 

lampalariga  asoslangan  elektronikaning  ilk  bosqichi  rivojlana  boshladi.  1947  yilga 

kelib  amerikalik  olimlar  U.  Bratteyn,  J.  Bardin  va  U.  Shokkli  yarim  o‘tkzgichli 

tranzistorni  ixtiro  qilib  elektronikaning  ikkinchi  bosqichi  –  yarim  o‘tgazgichli 

elektronikaga  yo‘l  ochib  berganlari  uchun  Nobel  mukofotiga  sazovor  bo‘lishdi 

(1956  yil).  1950-60  yillarda  fotolitografiya  jarayoniga  asoslangan  planar 

texnologiya  vositasida  boshqa  yarim  o‘tkazgich  materiallarga  nisbatan ancha arzon 

hamda  yana  ko‘pgina  afzalliklarga  ega  bo‘lgan  kremniy  plastinalarida  integral 

mikrosxemalar  ishlab  chiqarish  yo‘lga  qo‘yilgach  elektronikaning  uchinchi 

bosqichi  -  zamonaviy  mikroelektronika  keng  va  jadal  rivojlana  boshladi.  Ilk 

integral  sxemalarga  bor-yo‘g‘i  bir  nechta  tranzistor  yoki  diod  sig‘dira  olingan 

bo‘lsa,  hozirgi  eng  zamonaviy,  masalan,  Pentium  mikroprotsessorlarida  500 

million  tranzistor joylashgan.   

Yarim  asr  ichida  bitta  tranzistorning  o‘lchami  100  ming  marta  kichraygan, 

og‘irligi  esa  10  million  marta  yengillashgan.  Bundan  keyingi  kichraytirishda,  ya’ni 

---

 

461 

1-10  nanometr  o‘lchamli  tuzilmalarda  elektronning  kvant  xususiyati  sezilarli 

darjada  namoyon  bo‘ladi.  Ma’lumki  elektron  zarracha  bo‘lish  bilan  bir  qatorda 

to‘lqin  xususiyatiga  ham  ega.  Buning  oqibatida  elektronni  zarracha  sifatidagi 

xususiyatiga  asoslangan  klassik  tranzistorlar  mazkur  o‘lchamlarda  ishga  yaramay 

qolishi  mumkin.  Ammo  boshqa  jihatdan  bunday  holat  elektron  qurilmalarning 

yangi  avlodlarini  –  kvant  mexanika  prinsiplariga  asoslangan  nanoelektron 

asboblarning ishlab chiqilishiga  yo‘l ochadi.  

Nanoolamda  signal  tashuvchi  elektr  zaryadining  kvantlanishi  birinchi  o‘ringa 

chiqadi.  Ma’lumki  kvant  mexanikasida  biron  zarrachaning  holati  to‘lqin 

funksiyasi,  ya’ni  o‘sha  zarraning  biror  yoki  boshqa  holatda  bo‘lish  ehtimolligining 

zichligi 

bilan 

belgilanadi. 

Elektronning 

kogerent 

to‘lqin 

uzunligi 

mikrosistemalardagi  o‘lchamlarga  nisbatan  hisobga  olmaydigan  darajada  kichik 

bo‘lgani  va  bunday  sistemalarda  elektronlar  miqdori  «elektron  gaz»  deydigan 

darajada  ko‘p  bo‘lgani  uchun  elektronning  kvant  xususiyatining  deyarli  ahamiyati 

yo‘q. Ammo bir necha atom o‘lchamidagi tuzilmalardan iborat nanosistemadan tok 

o‘tishda  bitta  elektroning  ta’siri  yoki  to‘lqin  xususiyatini  ham  albatta  hisobga olish 

lozim  bo‘ladi.  Shuning  uchun  nanotuzilmalarda  klassik  elektronika  prinsiplarini 

ishlata  olmaymiz.  Masalan,  oddiy  biron  o‘tkazgichning  elektr  o‘tkazuvchanligi 

uning  uzunligiga  teskari  va  kesim  yuzasiga  to‘g‘ri  proporsional  bo‘ladi.  Biroq 

nanoo‘tkazgichda  esa  uzunlikka  va  qalinlikka  bog’‘liq  bo‘lmay,  o‘tkazuvchanlik 

kvantiga  –  2e

2

h  (12,  9  kΩ

-1

),  ya’ni  erkin  elektronning  o‘tkazgich  uzunligi  bo‘ylab 

to‘siqsiz  o‘tishiga  mos  keluvchi  nihoyaviy  o‘tkazuvchanlik  qiymatiga  teng  bo‘la 

oladi.  Xona  haroratida  nanosimchalarda  tok  zichligining  qiymati  (10

7

  A sm

2

) 

hozirgi  o‘ta  o‘tkazuvchan  moddalarda  erishilgan  tok  zichligidan  100  marta  yuqori 

bo‘lishi  kuzatilgan.  Nanotuzilmada  moddaning  elektr  o‘tkazuvchanligi  uning 

o‘lchamiga  qarab  metalldan  to  dielektrikkacha  o‘zgarishi  mumkin.  Misol  uchun 

ba’zi  kimyoviy  elementlarni  20,  50  va  100  atomdan  iborat  nanotuzilmalarni  olib 

qarasak,  ularda  mos  ravishda  dielektrik,  yarimo‘tkazgich  va  metall o‘tkazuvchanlik 

xususiyatlari  namoyon bo‘lishini  ko‘rish mumkin.   

---

 

462