‘zbek ist0n respublikasi oliy va ‘rta maxsus ta’lim vazirligi X. K. Aripov, A. M. Abdullayev

13.1. Nanoelektronika
Nanoelektronika nanotexnologiyalarning ilmiy va texnologik
usullaridan foydalanishga asoslanadi.
Nanotexnologiya — alohida atom va molekulalarni boshqarishni
(manipulyasiya), shuningdek buning uchun zarur nazariy va amaliy
tekshirishlarni qollash asosida nanoobyektlarni ishlab chiqish va ishlab
chiqarish bilan shug‘ullanuvchi fan va texnika sohasidir.
ISO/TK 229 texnik komitetda nanotexnologiya deganda:
— bir yoki undan ortiq koordinatalarda 100 nm dan kichik
o ‘lcham larda o ‘lcham li hodisalarni e ’tiborga olish odatda yangi
qo‘llanishlarga olib keluvchi nmli diapazonda materiallarni tushunish
va materialdagi jarayon va xususiyatlarni boshqarish;
— alohida atom va m olekula, shuningdek hajm iy m ateriallar
xususiyatlaridan farq qiluvchi nmli materiallardan yangi xususiyatlarni
namoyon qiluvchi mukammallashgan materiallar, asboblar va tizimlar
hosil qilish uchun foydalanish nazarda tutiladi.
Dunyo tuzilishi va uning mexanikasi tasavvuriga asoslangan odatiy
texnologiyalar m ikroolam qonuniyatlari o ‘zgachaligi sababli atom
masshtablarda yaroqsiz. Bunga kvant hodisalarning ayonlashuvi Van
der-Vaals kuchlari, alohida atom lar va molekulalarning xususiyatlari
misol bo‘la oladi.
Maxsus texnologik uskunalar va nanotexnologiya asboblarining
rivojlanishi evaziga nanotexnologiyaning yangi usullari paydo bo‘ldi.
Ushbu uskunalar nanoobyektlarni kuzatish, ular param etrlarini
o'lchash, alohida atomlarni va nanoobyektlarni boshqarish imkonini
beradi. Bunday uskunalarga rastr va elektron mikroskop, skanerli
konfokal mikroskop, yorug'lik difraksiyasi bilan bog‘liq chegaradan
chiqish imkoniyatini beruvchi m aydoni yaqin mikroskop, tunnel
m ikroskop (e le k tr o ‘tk az u v c h i m a te ria lla r u c h u n ), ren tg e n
difraktometr, lazerli interferom etrlar kiradi.
Tunnel va atom kuch mikroskop xarakterli o ‘lchamlari bir necha
nmdan kichik obyektlarning kimyoviy, fizik va fazoviy xususiyatlarini
tekshirish imkoniyatini bergani uchun nanotexnologiyaning eng keng
tarqalgan asbobi hisoblanadi. Atom kuch mikroskop (AKM) yordamidawww.ziyouz.com
kutubxonasi
o'tkazgich va elektr o ‘tkazmaydigan materiallarning alohida atomlarini
ko‘rishdan tashqari, ularga alohida ta ’sir o ‘tkazish, xususan, atomlarni
sirt bo‘yicha siljitish mumkin.
Nanotexnologiyalar obyekti — aw alam bor oMchamlari 12-H00
nm b o ‘lgan “ n a n o z arrac h a ” deb ataluvchi zarra la rd a n iborat.
N anozarrachalar katalizator va adsorbsiyalovchi m oddalar sifatida
qiziq. Oqsillar, nuklin kislotalar bilan ta ’sirlashuvida nanozarrachalar
qiziq xususiyatlarga ega. N a n o z a rra c h a la r o ‘z - o ‘z id an yangi
xususiyatlarni namoyon etuvchi m a’lum tizimni hosil qilishi mumkin.
Nanozarrachalam ing quyidagi turlari m a’lum:
— o ‘tkazgichlarni portlatish, plazma sintezi, yupqa pardalarni
tiklash va boshqa yo‘llar bilan olinuvchi uch o ‘lcham li obyektlar;
— molekular va atom nurli epitaksiya, gaz fazali epitaksiya, ion
o ‘stirish va boshqa usullar bilan hosil qilinuvchi nanoqatlam lar — ikki
o ‘lchamli obyektlar;
— bir o'lcham li obyektlar — viskerlar;
— nol — o ‘lchamli obyektlar — kvant nuqtalar.
Nanotexnologiyalar oldidagi eng muhim masalalardan biri tabiatda
m avjud b io p o lim erlarn in g o ‘z -o ‘zini tashkil etishiga o ‘xshash
nanozarralarni o‘z-o ‘zidan tashkillanishidan iborat.
Qo‘llanilishi nuqtayi nazaridan, jum ladan, nanoelektronikada eng
qiziq va istiqbolli nanoobyektlar:
— Uglerodli nanotrubkalar — odatda yarimsferik boshcha bilan
tugallanuvchi va diam etri bir nm dan bir necha nm gacha uzunligi
bir necha sm ni tashkil etuvchi, bir yoki bir necha (ko‘p qatlamli
nanotrubka) trubka shaklida o ‘ralgan geksagonal grafit tekisliklar
(grafen).
— Fullerenlar — juft sonli uch koordinatali uglerod atom laridan
tuzilgan qavariq tutash ko‘pyoqliklar.
— Grafen — uglerod atom larining m onoqatlam i. G rafen xona
tem peraturasida elektronlarning yuqori harakatchanligiga, tuzilishi
bo‘yicha noyob taqiqlangan zonaga ega va shuning uchun nisbatan
arzon kremniyni almashtirish istiqboli mavjud.
— Nanokristallar — turli kristall nanozarrachalar — nanosterjenlar,
nanosimlar, nanotrubkalar, nanolentalar, nanohalqalar, nanoprujinalar
va boshqalar, m ik ro -v a o p to elek tro n ik ad a, m ik ro sen so rlard a,
fotokatalizda, pyezoo‘zgartgichlarda va shunga o‘xshashlarda istiqbolli.www.ziyouz.com
kutubxonasi
Barcha nanozarrachalar kristall tuzilishga ega b o ‘lgani sababli
nanokristall va nanozarra sinonimlardir. Nanokristall atamasi bilan
nanoobyektning kristaligiga qo‘shim cha urg'u beriladi. Shu bilan
birgalikda, oxirgi vaqtda nanokristall deb kristalga o'xshash ikki
o'lcham li va uch o'lcham li nanozarrachalardan iborat tuzilm alar atala
boshlandi, ya’ni ushbu atama yangi m a’noga ega boMdi.
— Nanoqurilm a, xususan, nanoelektronikada asosiy obyekt —
elektron nanoqurilma.
N a n o o ‘lcham larga o ‘tganda m odda xususiyati (nanoobyekt
xususiyati) o‘zgaradi. Birinchidan, m oddalar hajmidagi atom larga
nisbatan nanozarrachalar sirtidagi kimyoviy bog‘lanishlari to'yinm agan
atom lar boshqacha xususiyatga ega bo‘ladi. M ikrozarrachalarda sirtqi
atomlarning nisbiy zichligi ulushi e ’tiborga olmasa bo‘ladigan darajada
kichik, nanozarrachalarda esa — sezilarli va hatto ko‘p bo‘ladi.
Ikkinchidan, 12 mkm dan kichik o'lcham larda, elektr o'tkazishning
klassik nazariyasi n o to ‘g ‘ri b o ‘ladi va n a n o z arrala r o ‘lcham i
elektronning erkin yurish yo‘li uzunligidan kichik bo'lgani uchun Om
q o n u n i buziladi. E lek tro n lar h arak ati b allistik b o ‘lib qoladi.
Uchinchidan, nanotuzilmalarda elektronlar harakatining kvant tabiati
va nanotuzilmalarning de-Broyl to ‘lqin uzunligiga yaqin ’k=h/(mv)
kichik o'lcham lari hamda elektronlar harakatining kvant tabiati bilan
bog'liq turli kvant — o'lcham li efTektlar kuzatiladi.
Mikroelektronika o ‘zining yarim asrlik tarixi davomida IM Slar
elementlari o ‘lchamlarini kamaytirish yo'lida M ur qonuniga muvofiq
rivojlanmoqda. 1999-yilda mikroelektronika texnologik ajratishning
100 nmli dovonini yengib nanoelektronikaga aylandi. Hozirgi vaqtda
45 nm li texnologik jaray o n keng tarqalgan. Bu jarayon optik
litografiyaga asoslanishini aytib o'tam iz.
Mikroelektron qurilmalar (IM Slar) yaratishning an ’anaviy, planar
jarayon kabi, usullari yaqin 10 yillik ichida iqtisodiy, texnologik va
intellektual chegaraga kelib qolishi m um kin, bunda qurilm alar
0 ‘lchamlarini kamaytirish va ularni tuzilish murakkabligining oshishi
bilan xarajatlarning eksponensial oshishi kuzatiladi. M uam m oni
nanotexnologiyalar usullarini qo‘llagan holda yangi sifat darajasida
yechishga to ‘g‘ri keladi.
MDYa tranzistorlarda zatvorosti dielektrigi an’anaviy ravishda S i0 2
ishlatiladi, 45 nm o'lchamli texnologiyaga o'tilganda dielektrik qalinligiwww.ziyouz.com
kutubxonasi
1 nm dan kichik bo'ladi. Bunda zatvor osti orqali sizilish toki ortadi.
Kristalning 1 sm 2 yuzasida energiya ajralish 1 kVtga yetadi. Yupqa
dielektrik orqali tok oqish muammosi S i0 2 ni dielektrik singdiruvchanlik
koeffitsienti e katta boshqa dielektriklarga, masalan, e -20-^25 bo‘lgan
gafniy yoki sirkoniy oksidlariga almashtirish yo‘li bilan hal etiladi.
Kelgusida, tranzistor kanali uzunligi 5 nm gacha kamaytirilganda,
tranzistordagi kvant hodisalar uning xarakteristikalariga katta ta ’sir
ko‘rsata boshlaydi va xususan, stok-istok orasidagi tunnellashuv toki
1 sm2 yuzada ajraladigan energiyani 1 kVt ga yetkazadi.
Planar texnologiyaning zamonaviy prosessorlar, xotira qurilmalari
va boshqa raqamli IM Slar hosil qilishdagi yutuqlari o ‘lchamlari 90
nm, 45 nm va hatto 28 nm ni tashkil etuvchi IMSlar ishchi elementlarini
h o sil qilish im k o n in i y aratg an lig i bugungi k u n d a k o ‘pch ilik
tad q iq o tc h ila r to m o n id a n n an o tex n o lo g iy alarn in g q o ‘llanilish
natijasidek qaralmoqdaligini aytib o‘tamiz. Bu mavjud ISO /Т К 229
nuqtayi nazaridan to ‘g‘ri. Lekin, planar jarayon birinchi IM Slar paydo
b o 'lis h i b ila n , o ‘tg a n a s rn in g 6 0 -y illa rid a h e c h q a n d a y
nanotexnologiyalar mavjud bo‘lmagan vaqtda paydo b o id i va shundan
beri prinsipial o ‘zgargani yo‘q.