Наноэлектроника и миниатюризация
Предмет, цели и основные направления в нанотехнологии. Технологией называется совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции. Особенность нанотехнологий заключается в том, что рассматриваемые процессы и совершаемые действия происходят в нанометровом диапазоне пространственных масштабов. Характерный размер атома составляет несколько десятых нанометра. В этом диапазоне размеров сырьем являются отдельные атомы, молекулы, молекулярные системы, а не привычные в традиционной технологии микронные или макроскопические объемы материала, содержащие, по крайней мере, миллиарды атомов и молекул. В отличие от традиционной технологии, для нанотехнологии характерен индивидуальный подход, при котором внешнее управление достигает отдельных атомов и молекул, что позволяет создавать из них как бездефектные материалы с принципиально новыми физико-химическими и биологическими свойствами, так и новые классы устройств с характерными наномеровыми размерами. Развитие электроники отмечено изобретением и практическим освоением вакуумного триода (1906 год, Л. Де Форест и Р. Либен) и полупроводникового транзистора (1947 год, У. Браттейн, Дж. Бардин, У. Шокли), а затем интегральных микросхем на кремнии (1958-1959 годы), положившим начало новому направлению в электронике - микроэлектронике. Главной тенденцией этого развития является уменьшение размеров приборных структур. В современных интегральных микросхемах они составляют единицы и десятые доли микрона (1мкм = 10-6м).
По мере приближения размеров твердотельных структур к нанометровой области (1нм = 0,001мкм = 10-9м), а это образования из единиц и десятков атомов, все больше проявляются квантовые свойства электрона. В его поведении преобладающими становятся волновые закономерности, характерные для квантовых частиц. 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, запоминающих и усиливающих элементов для информационных систем. Последние и являются основным объектом исследований и разработок новой области электроники - наноэлектроники, зародившейся в 80-х годах нашего века. Итак, нанотехнологией называется междисциплинарная область науки, в которой изучаются закономерности физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью управления отдельными атомами, молекулами, молекулярными системами при создании новых молекул, нанострутур, наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами. Нанотехнологию довольно трудно определить точно, поскольку она возникла постепенно, в течение десятков лет, в результате развития и слияния целого ряда научных направлений в физике и химии 20-го века. Несмотря на проблемы с определением, нанотехнология уже реально существует, и в этой области ученые многих стран сейчас упорно соревнуются друг с другом, постоянно получая новые важные и интересные результаты. Можно сказать, что нанотехнология возникла в результате «освоения» и практического применения многих фундаментальных достижений науки, полученных за долгое время и только сейчас ставших основой новых технологий. Благодаря достижениям нанотехнологии, многие упоминавшиеся выше фантазии и мечты человечества (победа над болезнями, космические путешествия, продление жизни) могут стать реальностью в близком будущем. 1.2. Семь стратегических вопросов. Глобализация рынков систем электроники, их разработок и производств, развитие кооперативных научных и промышленных связей - выдвинули на передний план актуальные вопросы стратегии развития нано- и микроэлектроники. Сформулируем некоторые из них. Новый стиль дизайна электронных систем . Такой дизайн должен исходить из замены проводов в аппаратуре на беспроводные соединения. Максимальное число системных функций интегрируется внутри чипа. Проектирование идёт по схеме «изощрённый дизайн - дорогие фотошаблоны - дешёвая массовая продукция». Новый облик систем «разработка-производство». Интеграция дисплеев, источников питания и чипов в одной конструкции. Появление топливных элементов, размещённых в пористой структуре пассивной части кремниевого чипа, размещение СБИС на общей с дисплеем сапфировой поверхности, устранение монтажных операций и регулировок. Усложнение чипов при этом особого значения не имеет, но при этом требуется освоить… Новые системы проектирования, новые библиотеки таких систем. Эти системы и эти библиотеки находятся в прямой связи с технологией, уже существующей на передовых заводах-изготовителях. Новые правила аутсорсинга .СБИС- заводы готовы кооперироваться с разработчиками - дизайнерами электронных систем, используя свои производства как «кремниевые мастерские», обеспечивающие быстрое и недорогое экспериментальное и штатное изготовление продукции. Обеспечение национальной безопасности и экономической независимости. Очевидно, что комплектация таких систем, как, например, диспетчерские авиационные службы, кардиостимуляторы, оборонные комплексы – не может импортироваться из других стран. Отсюда… Важность опережающего развития отечественной нано- и микроэлектроники как локомотива инновационной индустрии, как ключа к созданию «экономики знаний» - основы создаваемой пост - индустриальной структуры гражданского общества России.
Slaidy.com
