Техника - молодёжи 2005-12, страница 5

ИНЖЕНЕРНОЕ ОБОЗРЕНИЕ]

НАУКА И ТЕХНИКА СТРЕМЯТСЯ В НАНОМИР

Татьяна НОВГОРОДСКАЯ

ЧУДЕСА, ЧТО НАМ ОБЕЩАЮТ

У истоков нанотехнологий, как сегодня считают, стоял американский физик Ричард Фейнман. Его знаменитая лекция, известная под названием «Там, внизу, еще много места», стала стартовой площадкой в нанокосмос. Тогда, в 1959 г., он назначил приз в $ 10ОО тому, кто впервые запишет страницу из книги на булавочной головке (что, кстати, осуществилось уже 6 лет спустя; сегодня, по словам ученых, на поверхности одной булавочной головки уместится уже 10 тыс. книг!).

Понятие «нанотехника» ввел в 1974 г. японец Норио Танигучи, а первые средства для нанотехники изобретены в швейцарских лабораториях фирмы IBM, Вслед за ними появились приборы для работы в наномире: в 1982 г, был сконструирован растровый туннельный микроскоп (его создатели Герд Винниг и Генрих Ро-рер через четыре года получили Нобелевскую премию), а в 1986 г. - атомный силовой микроскоп.

Со времени изобретения полупровод никового транзистора (1947 г.. У, Брат-тейн, Дж. Бардин, У. Шокли), а затем интегральных микросхем на кремнии (1958 - 1959} электроника развивается

Надпись «NANO» из молекул фуллерена С^, имеющих структуру футбольного мяча, сделана командой

ученых под руководством Берга Войгтлендера из Центра исследований в Юлихе (Германия), С помощью растрового туннельного микроскопа юлихские исследователи в течение довольно продолжительного времени выстраивали молекулы Cgg так чтобы получилось слово из букв высотой всего 15 нм

по пути уменьшения размеров приборных структур. По прогнозам, современные кремниевые чипы могут при всевозможных технических ухищрениях уменьшаться еще в течение 8 — 10 лет. Однако при ширине дорожки в -^0 — 50 нм начнут действовать квантовомеханические помехи: электроны пробьют разделительные спои в транзисторах, что равнозначно короткому замыканию Выходом могли бы послужить наночипы, в которых, вместо кремния, используются различные углеродные соединения размером в несколько нанометров.

Есть уже лабораторные образцы первых молекулярных электронных деталей. Голландские физики из г. Дельфтз смогли пре

вратить такиетрубочки в необходимый для транзисторов контакт «металл - полупроводник». Углеродные нанотрубки диаметром в 1 нм, открытые в 1991 г. в Японии, могут быть и тем, и другим. При надломе такой трубки посередине одна половинка получается с металлическими свойствами, а другая — со свойствами полупроводника. Но до промышленного производства таких транзисторов еще далеко.

Эксперименты ведутся также и с фул-леренами, открытыми в 1985 г., — молекулами углерода С_ь0 в форме футбольного мяча. Исследовательская группа из Калифорнийского университета Беркли смогла превратить такой «мячик» в одно-электронный транзистор. Известен целый ряд органических молекулярных групп, которые могут функционировать как выпрямитель, проводящая шина или запоминающее устройство (ЗУ) Для хранения одного бита информации теоретически нужна всего одна молекула. Изготовленный таким образом накопитель на жестком диске мог бы во много раз превзойти по емкости сегодняшние аналоги.

Нано-ЗУ_: работающее на механическом принципе, изобрели ученые из IBM под руководством Герда Биннига. Так называемый миллипед представляет собой растр из 1024 рычажков силового микроскопа, Если нужно записать «1», их кончики продавливают отверстие в мягком слое полимера. Для считывания битов миллипед проверяет поверхность на наличие дырочек. Если рычажок попадает в отверстие, его температура, а вместе с тем и сопротивление, изменяются, а его уже можно измерить. Таким способом можно получить плотность записи до 80 Гб/см^ (в 10 раз больше по сравнению с максимально достижимой сегодня), В IBM обещают изготовить миллипед с 4000 зондов, который можно будет применять в новом поколении портативной техники. По мнению Биннига, легко можно представить себе плату с миллионом зондов.

КВАНТОВЫЕ ОСНОВЫ

Наноэлектроникз — новая область науки и техники, основанная на физико-химических особенностях формирования наноразмерных структур (структур с размером от единиц до десятков нанометров, 1 нм = 0,001 мкм = Ю^-' м), их электронных и оптических свойствах. Исследования в этой области важны для разработки нового поколения сверхминиатюрных супербыстродействующих систем обработки информации,

В современных интегральных микросхемах размеры твердотельных структур составляют единицы и десятые доли микрона По мере их приближения к нанометровой области, а это образования из единиц и десятков атомов, все больше проявляются квантовые свойства электрона, С одной стороны, это приводит к нарушению работоспособности классических транзисторов, использующих закономерности поведения электрона как классической частицы, а с другой — открывает перспективы создания новых уникальных переключающих.

ТМ 20054 21