Техника - молодёжи 2005-12, страница 7
инженерное обозрение куланоеской блокадой, управляемой потенциалом, приложенным к активной области транзистора, расположенной в его середине между двумя прослойками тонкого диэлектрика. Количество электронов в этой облает прибора должно быть не более 10, а жела ■ тельно и меньше. Это может бьпъ достигнуто а квантовых структурах с размером порядка 10 нм. В цифровых интегральных схемах на однадлеюронных транзисторах один бит информации, то есть два возможных состояния «О» и «1», может быть представлен как присутствие или отсутствие индивидуального электрона. Тогда однокристальная схема памяти емкостью 10,г бит, что в 1000 раз больше, чем у современных сверхбольших интегральных схем, разместится на кристалле площадью всего 6.45 cmj. Над практической реализацией этих перспектив сегодня активно работают специалисты ведущих американских, японских и европейских электронных фирм. Квантовый интерференционный транзистор, предложенный в 1986 г. Ф. Сол-сом и др., использует эффект фазовой интерференции электронов в вакууме. Прибор состоит из полевого эмиттера, коллектора и сегментированных конденсаторов между ними. Конденсаторы контролируют траектории и фазовую интерференцию электронов в вакууме за счет электростатического потенциала на них. Рабочие частоты этого прибора оцениваются величинами 10" — 10" Гц. В 1993 г. японские ученые под руководством Ю Вада разработали новое семейство цифровых переключающих приборов на атомных и молекулярных шнурах. Базовая ячейка состоит из атомного шнура, переключающего атома и переключающего электрода. Общий размер такой структуры составляет менее 10 нм, а рабочие частоты оцениваются величи Только 5 нм в диаметре — таков размер кольца из 35 атомов кремния (желтый) и германия (красный), выращенного на кристалле учеными Центра исследований в Юлихе. Необычно то. что эти атомы не смешиваются, а кольца растут, самоорганизуясь. Похожим способом исследователи хотят привести атомы к тому, чтобы они соединялись в наноструктуры 10 нм и ниже. Одними из первых появились элементы на резонансном туннели-ровании. Явление резонансного туннели рования было впервые описано в 1958 г японским исследователем Л. Исаки и детально исследовалось им до 1974 г. Однако всестороннее теоретическое обоснование и экспериментальные транзисторы на резонансном туннелировании появились лишь в начале 90-х гг. Транзистор на резонансном туннелировании представляет собой двухбарьерный диод на квантовых ямах, у которого потенциал ям и соответствующие резонансные условия контролируются третьим электродом, Эти транзисторы имеют частоты переключения порядка 10'-' Гц, что в 100 - 1000 раз выше, чем у самых лучших кремниевых транзисторов из современных интегральных микросхем. Есть предложения по созданию на таких транзисторах ячеек статической памяти и других элементов для вычислительных систем, 6 1986 г. наши ученые К.К. Лихарев и Д.В. Аверин предложили и опробовали одно-электронный транзистор на эффекте куло-ноеской блокады. В его конструкции, состоящей из двух последовательно включенных туннельных переходов, туннелирование индивидуальных электронов контролируется нами порядка 10,; Гц. Переключающий атом смещается из атомного шнура электрическим полем, приложенным к переключающему электроду. Реле переходит в выключенное состояние. Зазор 0,4 нм в атомном шнуре — достаточный, чтобы прервать продвижение по нему электронов На подобной основе разработаны логические элементы НЕ-И и НЕ-ИЛИ, ячейка динамической памяти. Предполагается, что они позволят создать суперкомпьютер с оперативной памятью 10'J байт на площади 200 мкм:. НАНОНАДЕЖДЫ Если мы хотим добиться с помощью крошечных систем не просто нзноэффек-та, а чего-то большего, нужно связать их в крупные конгломераты. Чтобы создать функционирующий квантовый точечный лазер, необходимо практически одновременно произвести до 200 млрд наноструктур на квадратный сантиметр. Что бы сложить с помощью силового микроскопа пирамиду размером в один нанометр из атомов полупроводника, а которые включен один электрон, не хватит человеческой жизни. В природе это достигается путем самоорганизации. Все физические системы стремятся к термодинамическому равновесию Организовать равновесное состояние таким образом, чтобы желаемый продукт получился естественным путем ■ вот в чем заключается работа наноинженера. К примеру, на какой -то поверхности при заданных фи -зических условиях выращивают кристалл полупроводника с измененным расстоянием между отдельными атомами, который по достижении определенной толщины распадается на множество практически одинаковых островков. Так «одним ударом» получается множество квантовых точек. Опыт создания таких наноструктур и управления их ансамблями уже есть, Химики тоже активно интересуются нз-ноинженерией. Ведь если создавать молекулярные структуры в на ном ас штабах и подвергать их анализу, становится возможным появление совершенно новых материалов. Например, обычное золото при комнатной температуре не является катализатором химических реакций, а частички золота размером от 3 до 5 нм - отличный Вполне ощутимый риск: наночастицы угольной пыли, содержащиеся в порошках для печатной и копировальной техники, могут попасть а легкие и вызвать воспаление |
