Specialiștii din domeniul microelectronicii numesc în mod rezonabil dezvoltarea sa una dintre direcțiile strategice ale progresului științific și tehnic mondial. Dezvoltarea microelectronicii a făcut posibilă realizarea ideilor nanotehnologiei și a servit drept unul dintre factorii obiectivi care au provocat cea de-a treia revoluție științifică și tehnologică. Și acum, domeniul electronicii este principalul domeniu practic al aplicării nanotehnologiei. În același timp, nanoelectronica diferă de microelectronică într-o serie de momente semnificative. Acesta este un domeniu complet nou de știință și tehnologie, care utilizează sisteme de mare viteză și subminiature care funcționează pe baza efectelor cuantice. Noile surprinzătoare posibilități de nanoelectronică sunt însoțite de dificultăți necunoscute anterior asociate naturii cuantice a proceselor din dispozitivele sale. O astfel de situație este în general caracteristică nanostructurilor. Există probleme asociate cu diferite limite (limitări), datorită legilor fundamentale ale fizicii: limita de reprezentare și prelucrare a informației fără ambiguitate; limita asociată cu fisiunea termică; limita controlului terminat (precis) al dispozitivelor și așa mai departe.
De exemplu, o problemă gravă pentru computere este generarea de căldură, care este deja aproape de critică. Densitatea de ambalare a elementelor pe un cip este limitată nu numai de dimensiunea atomilor, dar iprintsipom Landauer, prin care pierderea de biți de informație de fiecare ocazie pentru a genera căldură într-o cantitate KBT ln 2, unde kB - constanta Boltzmann T - temperatura absolută, ln 2 ≈ 0,7. Cu cât viteza computerului este mai mare, cu atât mai multă disipare a căldurii. Pentru a combate speregrevom în supercomputere se propune crearea temperaturii locale scăzută, sau chiar plasat pe un computer pe orbita geostaționară, folosind un spațiu de temperatură joasă. O caracteristică avantajoasă a computerelor optice este că lumina călătorește prin sistemul optic practic fără eliberarea căldurii, căldura este eliberată numai în detectoare care citesc informații.
Este demn de amintit faptul că primul calculator electronic ENIAC, a fost înființată în 1946 «IBM» comandat de Departamentul Apararii al SUA, produce 5 mii. Operațiuni pe secundă. În același timp, a cântărit 30 de tone și a constat din 18 mii de tuburi de electroni.
Un alt exemplu al limitei fizice asociate cu trecerea la nanometri este grosimea limitatoare a stratului izolator de oxid de siliciu din tranzistor. Dacă stratul este mai subțire decât 1,5-2 nm (4-5 molecule), apar joncțiuni necontrolate de tunel și supraîncălzire.
Pe scurt, este dificil să se descrie toate problemele și perspectivele nanoelectronicii. Să selectăm următoarele.
Trecerea la set de dimensiuni nano sarcina de a crea un calculator moleculare, care ar trebui să includă tranzistoare moleculare, nanodispozitive memorie, fire de dimensiuni nano. Dacă tranzistorul va dimensiune moleculară de aproximativ 1 nm (3-5 dimensiuni atomice), densitatea amplasării componentelor electronice va crește în comparație cu actuala 10 mii. Times. Cu toate acestea nanotransistor - un dispozitiv mecanic cuantic, iar curentul care curge prin ea nu poate fi considerată ca un flux continuu de „fluid“ electronic: acesta este împărțit într-un număr mic de sarcini electrice. Construcția și utilizarea unui nanotranzistor se bazează pe legile mecanicii cuantice și sunt destul de complicate.
Orice tranzistor este un sistem în care este posibil să se controleze puterea curentului între două elemente prin influența celui de-al treilea element asupra lor. Un tranzistor molecular poate fi doar o moleculă cu proprietăți electrice variabile. Astfel, acesta va combina toate cele trei elemente ale tranzistorului. De exemplu, o moleculă a unui compus fotocromic își schimbă configurația ca rezultat al oxidării electrochimice. S-au creat deja nanotranzistoare bazate pe nanotuburi de carbon, fullerene etc.
În microelectronică, un semiconductor este utilizat în tranzistori, deoarece este ușor de controlat concentrația purtătorilor de sarcină. Cu toate acestea, grupurile metalice pot avea, de asemenea, proprietăți semiconductoare pentru un anumit număr de atomi din ele. Pentru stabilitatea sistemului, sunt luate clustere cu un număr magic de atomi.
Rezultatele obținute de cercetare științifică nu a condus încă la o tehnologie nanotransistors în masă, dar laboratoarele de conducere din lume și cea mai mare companie din domeniul electronicii sunt active și nu descifra pe deplin dezvoltarea sa practică-cal, care sunt de mare valoare economică și militară.
O componentă importantă a memoriei computerizate - va fi clar împărțită în operare, rapidă și memorie mai "lentă", dar cu o stocare lungă de informații. Un element separat al memoriei poate fi, de asemenea, o singură moleculă, care, sub influența externă (de exemplu radiația laser), își schimbă starea. Două stări ale moleculei corespund unui cod binar. În acest caz, pot exista probleme asociate cu tranziția spontană a moleculei într-un alt stat din cauza mișcării termice sau joncțiune tunel, ceea ce va duce la pierderea de informații.
În toate cazurile, principala problemă rămâne atașamentul nanofirelor la alte nanoelemente ale calculatorului molecular. Pentru tehnologiile de masă, nu există încă astfel de metode. Speranța, adesea în nanotehnologie, este asociată cu dezvoltarea mecanismelor de auto-organizare.
Un fel de calculator molecular este un computer biologic, toate componentele cărora sunt construite din biomolecule. În special, este angajat activ în Agenția americană pentru proiectele de cercetare avansată în domeniul apărării "DARPA" (a fost în intestinul său că sa născut Internetul).
Poate că în viitor asemenea dispozitive vor fi implantate în corpul uman ca un senzor activ permanent.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: