Nanomateriallar va nanotexnologiya. Asosiy tushunchalar va ta'riflar

Nanoelektronika
Zamonaviy fan-texnika taraqqiyoti, shubhasiz, elektronikaning rivojlanishi bilan belgilanadi, uning asosini fundamental fanlarning turli sohalari, asosan, qattiq jismlar fizikasi, yarim o'tkazgichlar fizikasi, qattiq jismlar texnologiyasidagi yutuqlar tashkil etadi. Ilm-fanning so'nggi yutuqlari shuni ko'rsatadiki, an'anaviy mikroelektronikadan farqli o'laroq, uning salohiyati yaqin o'n yillikda tugaydi, elektronikani yanada rivojlantirish faqat yangi fizik va texnologik g'oyalar asosida mumkin.
Shunday qilib, bir necha o'n yillar davomida tizimlarning funktsional murakkabligi va tezligining oshishiga joylashtirish zichligi oshishi va elementlarning o'lchamlarining pasayishi hisobiga erishildi, ularning printsipi ularning miqyosiga bog'liq emas. O'nlab yoki nanometr birliklari tartibidagi elementlarning o'lchamiga o'tganda, kvant effektlari (tunnellash, o'lchovli kvantlash, interferentsiya effektlari) nanostrukturadagi jismoniy jarayonlarga hal qiluvchi ta'sir ko'rsatadigan sifat jihatidan yangi holat yuzaga keladi. ular asosidagi qurilmalarning ishlashi.
Ayrim molekulalar funksional elementlar rolini o‘ynaydigan nanostrukturalarni yaratish ham istiqbolli. Kelajakda bu biologik ob'ektlarda (molekulyar nanoelektronika) amalga oshirilgan axborotni qabul qilish va qayta ishlash tamoyillaridan foydalanish imkonini beradi. Quvvat, harorat va radiatsiya qarshiligini oshirish, chastota diapazonini kengaytirish, qurilmalarning ergonomik xususiyatlarini yaxshilash bo'yicha yangi imkoniyatlar vakuum va qattiq jismli elektronika (vakuum nanoelektronika) g'oyalari va texnologik yutuqlarini sintez qilish yo'nalishini ochadi.
Nanostrukturalarni yaratish ma'lum elektron spektrga va zarur elektr, optik, magnit va boshqa xususiyatlarga ega bo'lgan qattiq sirt va ko'p qatlamli tuzilmalarni atom darajasida loyihalashning eng yangi texnologik yutuqlariga asoslanadi. Bunday sun'iy materiallarning kerakli tarmoqli tuzilishi strukturaning alohida qatlamlari tayyorlanadigan moddalarni tanlash ("tarmoqli muhandislik"), qatlamlarning ko'ndalang o'lchamlari (o'lchovli kvantlash), o'zaro bog'lanish darajasini o'zgartirish orqali ta'minlanadi. qatlamlar ("to'lqin funktsiyasi muhandisligi"). Kvant o'lchovli planar tuzilmalar (kvant quduqlaridagi ikki o'lchovli elektron gaz, super panjaralar) bilan bir qatorda bir va nol o'lchovli kvant ob'ektlari (kvant iplari va nuqtalari) o'rganilmoqda, ularga qiziqish kashfiyot umidlari bilan bog'liq. yangi fizik hodisalar va natijada bunday tuzilmalarda elektron va yorug'lik oqimlarini samarali boshqarishning yangi imkoniyatlarini olish uchun.
Nanotexnologiya elektronikada quyidagi muammolarni hal qilish uchun mo'ljallangan:
· hisoblash tizimlarining ishlashining keskin oshishi;
· aloqa kanallarining o'tkazuvchanligini keskin oshirish;
· energiya sarfini bir vaqtning o'zida kamaytirish bilan axborotni ko'rsatish tizimlarining axborot sig'imi va sifatini keskin oshirish;
· sensorli qurilmalarning sezgirligining keskin oshishi va o'lchangan qiymatlar diapazonining sezilarli darajada kengayishi, ayniqsa, ekologik muammolar uchun muhim;
· yuqori samarali qattiq holatda yoritish moslamalarini yaratish;
· tibbiy, biologik, kimyoviy, mashinasozlik va boshqa texnologiyalarda elektron va optoelektronik komponentlardan foydalanish ulushini sezilarli darajada oshirish.
Hisoblash samaradorligining keskin o'sishi integral mikrosxemalar texnologiyasining nanometr shkalasiga o‘tishi munosabati bilan zarur. Jadval 1-jadvalda xotira IC va protsessorlarining xarakterli o'lchamlarining pasayishi prognozi ko'rsatilgan (I TRS Roadmap 2002), jadvalda. 2 - bitta kommutatsiya uchun energiyani kamaytirish istiqbollari.
1-jadval