Hva er nanoelektronikk og hvordan fungerer det

Elektronikkfeltet som driver med utvikling av teknologiske og fysiske fundament for konstruksjon av integrerte elektroniske kretsløp med elementstørrelser mindre enn 100 nanometer, kalles nanoelektronikk. Selve uttrykket "nanoelektronikk" gjenspeiler overgangen fra mikroelektronikken til moderne halvledere, der størrelsene på elementer måles i enheter på mikrometer, til mindre elementer - med størrelser på titalls nanometer.

Med overgangen til nanoskala begynner kvanteeffekter å dominere i ordningene, og avsløre mange nye egenskaper, og følgelig markere utsiktene for deres nyttige bruk. Og hvis kvanteeffekter ofte forblir parasittiske for mikroelektronikk, fordi for eksempel med reduksjonen i størrelsen på transistoren, begynner tunnelvirkningen å forstyrre dens drift, blir tvert imot nanoelektronikk bedt om å bruke slike effekter som grunnlag for nanoheterostrukturert elektronikk.

Hver av oss bruker elektronikk hver dag, og for mange er det allerede sikkert at noen merker trender. Minnet i datamaskiner øker, prosessorer blir mer produktive, størrelsen på enheter synker. Hva er grunnen til dette?

Først av alt, med en endring i de fysiske dimensjonene til elementene i mikrokretser, hvorfra alle elektroniske enheter egentlig er bygget. Selv om prosessenes fysikk forblir omtrent den samme i dag, blir størrelsene på enhetene mindre og mindre. En stor halvlederenhet arbeider saktere og bruker mer energi, og en nanotransistor - og fungerer raskere og bruker mindre energi.

Moderne nanoteknologi på video:

Det er kjent at alle materielle kropper er sammensatt av atomer. Og hvorfor når ikke elektronikk atomskalaen? Dette nye feltet elektronikk vil tillate å løse slike problemer som på en konvensjonell silisiumbase bare grunnleggende umulig å løse.

Av stor interesse er grafen og lignende monolagsmaterialer (se artikkelen - Uventede egenskaper til kjent karbon). Slike materialer, ett atom tykt, har bemerkelsesverdige egenskaper som kan kombineres for å lage forskjellige elektroniske kretsløp.

For eksempel gjør teknologier relatert til sondemikroskopi det mulig å konstruere forskjellige strukturer av individuelle atomer på overflaten av en leder i ultrahøyt vakuum ved ganske enkelt å omorganisere dem. Hva er ikke grunnlaget for å lage monatomiske elektroniske enheter?

Manipulasjoner av stoff på molekylært nivå har allerede påvirket mange bransjer, de har ikke gått utenom elektronikk. Mikroprosessorer og integrerte kretsløp er bygget på den måten. Ledende land investerer i videreutviklingen av denne teknologiske banen - slik at overgangen til nanoskala skjer raskere, bredere og forbedres ytterligere.

Forresten, noen suksesser er allerede oppnådd. Intel kunngjorde i 2007 at en prosessor basert på et strukturelt element med en størrelse på 45 nm ble utviklet (introdusert av VIA Nano) og neste trinn ville være å nå 5 nm. IBM kommer til å oppnå 9 nm takket være grafen.

Karbon nanorør (grafen) - Et av de mest lovende nanomaterialene for elektronikk. De tillater ikke bare å redusere størrelsen på transistorer, men også gi elektronikken virkelig revolusjonerende egenskaper, både mekaniske og optiske. Nanorør feller ikke lys, er mobile, bevarer de elektroniske egenskapene til kretser.

Spesielt kreative optimister gleder seg allerede til å lage bærbare datamaskiner som kan trekkes ut av lommen som en avis, eller bæres i form av et armbånd på en hånd, og om ønskelig kan utvides som en avis, og hele datamaskinen vil være som en sammenleggbar høyoppløselig berøringsskjermpapirtykkelse.

Et annet prospekt for anvendelse av nanoteknologi og bruk av nanomaterialer er utvikling og oppretting av nye generasjons harddisker.I 2007 mottok Albert Firth og Peter Grunberg Nobelprisen for oppdagelsen av den kvantemekaniske effekten av ultrahøy magnetisk motstand (GMR-effekt), når tynne filmer av metall fra vekslende ledende og ferromagnetiske lag betydelig endrer deres magnetiske motstand med en endring i den gjensidige retning av magnetisering.

Ved å kontrollere magnetiseringen av strukturen ved hjelp av et eksternt magnetfelt, er det mulig å lage så nøyaktige magnetfeltføler og å utføre en så nøyaktig registrering på informasjonsbæreren at dens lagringstetthet vil nå atomnivået.

Nanoelektronikk og plasmatronikk har ikke gått forbi. Kollektive vibrasjoner av frie elektroner inne i et metall har en karakteristisk plasmonresonansbølgelengde på omtrent 400 nm (for en sølvpartikkel 50 nm i størrelse). Utviklingen av nanoplasmonika kan anses å ha begynt i 2000, da fremgangen med å forbedre teknologien for å lage nanopartikler akselererte.

Det viste seg at den elektromagnetiske bølgen kan overføres langs en kjede av metall-nanopartikler, spennende plasmon-svingninger. En slik teknologi vil gjøre det mulig å introdusere logiske kretsløp i datateknologi som kan fungere mye raskere og gi mer informasjon enn tradisjonelle optiske systemer, og størrelsen på systemene vil være mye mindre enn de aksepterte optiske.

Lederne innen nanoelektronikk og elektronikk generelt, i dag er Taiwan, Sør-Korea, Singapore, Kina, Tyskland, England og Frankrike.

Den mest moderne elektronikken produseres i USA i dag, og den mest massive produsenten av høyteknologisk elektronikk er Taiwan, takket være investeringer fra japanske og amerikanske selskaper.

Kina er en tradisjonell leder innen budsjettelektronikk, men her endrer situasjonen seg gradvis: billig arbeidskraft tiltrekker seg investorer fra høyteknologiske selskaper som planlegger å etablere sin nanoproduksjon i Kina.

Russland har også godt potensiale. Basen innen mikrobølgeovn, strålingsstrukturer, fotodetektorer, solcellepaneler og kraftelektronikk tillater i prinsippet opprettelse av nanoteknologiske vitenskapsbyer og deres utvikling.

Dette potensialet krever økonomiske forhold og organisering for grunnleggende forskning og vitenskapelig utvikling. Alt annet er: den teknologiske basen, lovende personell og et kvalifisert vitenskapelig miljø. Bare store investeringer er nødvendig, og dette viser seg ofte å være akilleshælen ...

Et eksempel på anvendelse av nanoteknologi:Nanoantennas for mottak av solenergi