Задачи наноэлектроники
Наноэлектроника – это область техники и науки, которая занимается созданием электронных приборов с нанометровыми размерами составляющих, в основе функционирования которых лежат квантовые эффекты
Наноэлектроника представляет собой область науки и техники, которая базируется на достижениях квантовой электроники, физики твердого тела, теории полупроводников, а также физической химии. Исследования в области наноэлектроники играют важную роль в разработке новых тенологий и нового поколения сверхминиатюрных и максимально быстродействующих систем обработки данных. К основным задачам современной наноэлектроники относятся:
- Разработка интегральных схем нанометрового технологического размера.
- Разработка электронных изделий на основе наноэлектронной элементной базы.
- Разработка физических основ функционирования активных приборов и устройств с нанометровыми размерами (в первую очередь квантовыми).
- Разработка наноэлектронных приборов.
- Разработка технологий изготовления наноэлектронных приборов.
- Разработка физических основ производства наноэлектронных приборов.
Особенность современных приборов и устройств наноэлектроники заключается в использовании не только классических физических явлений, но и квантовых эффектов, являющихся паразитными в работе обычных транзисторов.
Методы формирования наноэлектронных структур
Методы формирования наноэлектронных структур делятся на:
- Традиционные методы осаждения пленок. К данным методам относятся Химическое осаждение из газовой фазы, молекулярно-лучевая эпитаксия.
- Методы, которые основаны на использовании сканирующих зондов. К данным методам относятся локальное окисление полупроводников и металлов, а также локальное химическое осаждение из газовой фазы.
- Нанолитографические методы. К данным методам относятся электронно-лучевая литография, нанопечать, перьевая нанолитография.
Первоначально традиционные методы осаждения пленок были разработаны для микроэлектроники, но позже нашли применение и в разработке наноэлектронных структур. Химический метод осаждения из газовых сфер активно и широко применяется для создания полупроводниковых эпитаксиальных структур. Молекулярно-лучевая эпитаксия аналогичная химическому осаждению из газовых сфер, единственное отличие заключается в том, что она осуществляется при сверхвысоком вакууме. Локальное осаждение металлов и полупроводников позволяет осуществлять локальное окисление подложки, а сам процесс схож с электрическим анодным окислением.
В нанолитографии используются два основных технологических подхода. Первый основан на использовании рентгеновской, электронно-лучевой и оптической литографии, а второй на применении сканирующего зонда. Электронно-лучевая литография сочетает в себе высокое разрешение с достаточной производительностью, благодаря чему метод широко распространен при массовом производстве. Нанопечать является новым направлением в формировании наноэлектронных структур, которое сочетает низкую стоимость и простоту. У нее имеется два подхода. Чернильная печать подразумевает нанесение чернил на штамп, после чего он отпечатывается механически на подложке. При применение метода тиснения происходит механическое вдавливание жесткого штампа в полимерную пленку резиста. При перьевой нанолитографии используется сканирующий зонд силового атомного микроскопа.
Наноэлектронные приборы и устройства
В наноэлектронных устройствах и приборах используются предельные возможности магнитных, механических, биологических и электрических систем. В основе работы наноэлектронных устройств лежат волновые свойства электрона, а также связанные с данным явлением физические эффекты. В последнее время наноэлектронные составляющие по своим характеристикам (миниатюрность, быстродействие, потребляемая мощность) составляют серьезную конкуренцию полупроводниковым транзисторам и интегральным схемам, выполненным на их основе, являющимися главными элементами информационных систем. Использование однофотонных и одноэлектронных элементов для создания информационных систем ограничено недостаточной изученностью и отсутствием пригодных технологий для массового производства, которые позволяли бы конструировать структуры из отдельных атомов, пока такие возможности существуют только в исследовательских лабораториях.
В будущем развитие нанотехнологий и наноструктур позволит получить приоры и материалы с новыми уникальными свойствами, что позволит решить актуальные задачи электроники в целом и в отдельных отраслях промышленности. В машиностроении это позволит увеличить ресурс обрабатывающих и режущих инструментов, в автомобилестроении использование наноэлектронных приборов и материалов позволит увеличить ресурс работы автотранспорта и т.п. Таким образом развитие современной наноэлектроники напрямую связано с темпами научно-технического прогресса.
