Kas yra nanoelektronika ir kaip ji veikia

Elektronikos sritis, užsiimanti technologinių ir fizinių pagrindų kūrimu integruotoms elektroninėms grandinėms, kurių elementų dydis mažesnis nei 100 nanometrų, vadinama nanoelektronika. Pats terminas „nanoelektronika“ atspindi perėjimą nuo šiuolaikinių puslaidininkių mikroelektronikos, kai elementų dydžiai matuojami mikrometrų vienetais, prie mažesnių elementų - dešimtimis nanometrų.

Pereinant prie nanoskalės, schemose pradeda dominuoti kvantiniai efektai, kurie atskleidžia daug naujų savybių ir atitinkamai pažymi jų naudingo naudojimo perspektyvas. Ir jei mikroelektronikai kvantiniai efektai dažnai išliko parazitiniai, nes, pavyzdžiui, mažėjant tranzistoriaus dydžiui, tunelio efektas pradeda trukdyti jo veikimui, tada nanoelektronika, atvirkščiai, raginama naudoti tokius efektus kaip nanoheterostruktūrizuotos elektronikos pagrindą.

Kiekvienas iš mūsų kasdien naudojasi elektronika ir tikrai daugelis žmonių jau pastebi tam tikras tendencijas. Kompiuterių atmintis didėja, procesoriai tampa našesni, mažėja įrenginių dydis. Kokia to priežastis?

Visų pirma, pasikeitus fizikiniams matmenims mikroschemų elementuose, iš kurių visi elektroniniai prietaisai yra pastatyti. Nors procesų fizika šiandien išlieka tokia pati, prietaisų dydžiai tampa vis mažesni. Didelis puslaidininkinis įtaisas veikia lėčiau ir sunaudoja daugiau energijos, o nanotransistorius - ir veikia greičiau, ir sunaudoja mažiau energijos.

Yra žinoma, kad visi materialūs kūnai yra sudaryti iš atomų. Ir kodėl elektronika nepasiekia atominės skalės? Ši nauja elektronikos sritis leis išspręsti tokias problemas, kurios ant įprasto silicio pagrindo tiesiog iš esmės neįmanoma išspręsti.

Didelį susidomėjimą kelia grafenas ir panašios monolitinės medžiagos (žr. Straipsnį - Netikėtos pažįstamos anglies savybės) Tokios, vieno atomo storio, medžiagos pasižymi nepaprastomis savybėmis, kurias galima sujungti kuriant įvairias elektronines grandines.

Pavyzdžiui, technologijos, susijusios su zondo mikroskopija, leidžia laidininko paviršiuje sukonstruoti įvairias atskirų atomų struktūras ypač dideliame vakuume, jas paprasčiausiai pertvarkant. Kas nėra pagrindas sukurti monatominius elektroninius prietaisus?

Medžiagos manipuliacijos molekuliniu lygmeniu jau paveikė daugelį pramonės šakų, jos nebuvo aplenktos elektronikos. Mikroprocesoriai ir integriniai grandynai yra sukurti tokiu būdu. Pirmaujančios šalys investuoja į tolesnį šio technologinio kelio plėtojimą - kad perėjimas prie nanoskalės vyktų greičiau, plačiau ir toliau tobulėtų.

Beje, kai kurie pasisekimai jau pasiekti. „Intel“ 2007 m. Paskelbė, kad buvo sukurtas procesorius, kurio pagrindą sudaro 45 nm struktūrinis elementas (pristatė „VIA Nano“), o kitas žingsnis bus pasiekti 5 nm. Grafeno dėka IBM pasieks 9 nm.

Anglies nanovamzdeliai (grafenas) - Viena iš perspektyviausių nanomedžiagų elektronikai. Jie leidžia ne tik sumažinti tranzistorių dydį, bet ir suteikti elektronikai tikrai revoliucines savybes - tiek mechanines, tiek optines. Nanovamzdeliai nepraleidžia šviesos, yra mobilūs, išsaugo grandinių elektronines savybes.

Ypač kūrybingi optimistai jau dabar laukia, kada bus galima sukurti nešiojamus kompiuterius, kuriuos galima išsitraukti iš kišenės kaip laikraštį arba nešioti kaip apyrankę ant vienos rankos, ir, jei pageidaujama, gali būti dislokuoti kaip laikraštį, o visas kompiuteris bus tarsi sulankstomas didelės skyros jutiklinio ekrano popieriaus storis.

Kita nanotechnologijų taikymo ir nanomedžiagų naudojimo perspektyva yra naujos kartos kietųjų diskų kūrimas ir kūrimas.2007 m. Albertas Fertas ir Peteris Grünbergas gavo Nobelio premiją už ypač aukšto magnetinio pasipriešinimo (GMR efekto) kvantinio mechaninio poveikio atradimą, kai plonos metalo plėvelės iš kintamų laidžių ir feromagnetinių sluoksnių reikšmingai keičia savo magnetinį pasipriešinimą keičiantis abipusiai įmagnetinimo krypčiai.

Valdant konstrukcijos įmagnetinimą išorinio magnetinio lauko pagalba, galima sukurti tiek tikslius magnetinio lauko jutiklius ir atlikti tokį tikslų įrašymą informacijos laikmenoje, kad jo saugojimo tankis pasieks atominį lygį.

Nanoelektronika ir plasmatronics nebuvo aplenkti. Kolektyviniai laisvųjų elektronų virpesiai metalo viduje turi būdingą plazmono rezonanso bangos ilgį apie 400 nm (sidabro dalelėms, kurių dydis 50 nm). Mes galime manyti, kad nanoplazmonų kūrimas prasidėjo 2000 m., Kai paspartėjo nanodalelių kūrimo technologijos tobulinimas.

Paaiškėjo, kad galima perduoti elektromagnetinę bangą išilgai metalinių nanodalelių grandinės, jaudinančius plazmono virpesius. Tokia technologija leis į kompiuterinę technologiją įdiegti logines grandines, kurios gali veikti daug greičiau ir perduoti daugiau informacijos nei tradicinės optinės sistemos, o sistemų dydis bus daug mažesnis už priimtinas optines.

Nanoelektronikos ir apskritai elektronikos lyderiai šiandien yra Taivanas, Pietų Korėja, Singapūras, Kinija, Vokietija, Anglija ir Prancūzija.

Šiuolaikiškiausia elektronika gaminama JAV, o Japonijos ir Amerikos kompanijų investicijomis masiškiausias aukštųjų technologijų elektronikos gamintojas yra Taivanas.

Kinija yra tradicinė biudžetinės elektronikos lyderė, tačiau čia padėtis pamažu keičiasi: pigi darbo jėga pritraukia investuotojus iš aukštųjų technologijų kompanijų, planuojančių savo nanoprodukciją Kinijoje.

Rusija taip pat turi gerą potencialą. Bazė mikrobangų, radiacijos struktūrų, fotodetektorių, saulės baterijų ir galios elektronikos srityje iš esmės leidžia kurti nanotechnologijų mokslo miestus ir juos plėtoti.

Šis potencialas reikalauja ekonominių sąlygų ir organizavimo pagrindiniams tyrimams ir mokslo plėtrai. Visa kita yra: technologinė bazė, perspektyvus personalas ir kvalifikuota mokslinė aplinka. Reikia tik didelių investicijų, ir tai dažnai pasirodo esąs Achilo kulnas ...

Vienas nanotechnologijų taikymo pavyzdys:Nanoantenos saulės energijai priimti