Nanoelektronik nedir ve nasıl çalışır?

100 nanometreden daha küçük eleman boyutlarına sahip entegre elektronik devrelerin inşası için teknolojik ve fiziksel temellerin geliştirilmesi ile ilgilenen elektronik alanına nanoelektronik denir. "Nanoelektronik" terimi, elemanların boyutlarının mikrometre birimleri cinsinden ölçüldüğü modern yarı iletkenlerin mikroelektroniklerinden onlarca nanometre boyutlarıyla daha küçük elementlere geçişi yansıtır.

Nano ölçeğe geçişle, şemalarda kuantum etkileri hakim olmaya başlar, birçok yeni özelliği ortaya çıkarır ve buna göre, olası kullanımları için umutları işaretler. Ve eğer mikroelektronik için kuantum etkileri genellikle parazit olarak kalırsa, örneğin, transistörün boyutundaki azalma ile, tünel etkisi çalışmasına müdahale etmeye başlar, daha sonra nanoelektronik, aksine, nanoheterostrüktif elektroniklerin temeli gibi etkileri kullanmaya çağrılır.

Her birimiz her gün elektronik kullanıyoruz ve elbette birçok insan bazı kesin eğilimleri fark ediyor. Bilgisayarlardaki bellek artıyor, işlemciler daha üretken hale geliyor, cihazların boyutu azalıyor. Bunun nedeni nedir?

Her şeyden önce, tüm elektronik cihazların esasen inşa edildiği mikro devrelerin elemanlarının fiziksel boyutlarında bir değişiklik ile. İşlemlerin fiziği bugün yaklaşık olarak aynı kalsa da, cihazların boyutları küçülüyor. Büyük bir yarı iletken cihaz daha yavaş çalışır ve daha fazla enerji tüketir ve bir nanotransistör - daha hızlı çalışır ve daha az enerji tüketir.

Videoda modern nanoteknoloji:

Tüm maddi cisimlerin atomlardan oluştuğu bilinmektedir. Elektronik neden atom ölçeğine ulaşmıyor? Bu yeni elektronik alanı, bu tür sorunları çözmenize izin verecektir. geleneksel silikon baz üzerinde Çözülmesi neredeyse imkansız.

Grafen ve benzeri tek tabakalı malzemeler büyük ilgi çekicidir (makaleye bakın - Tanıdık karbonun beklenmedik özellikleri). Bir atom kalınlığında olan bu malzemeler, çeşitli elektronik devreler oluşturmak için birleştirilebilen olağanüstü özelliklere sahiptir.

Örneğin, prob mikroskopisi ile ilgili teknolojiler, çok yüksek vakumda bir iletken yüzeyinde tek tek atomların çeşitli yapılarını basitçe yeniden düzenleyerek inşa etmeyi mümkün kılar. Monatomik elektronik cihazlar oluşturmanın temeli nedir?

Maddenin moleküler düzeyde manipülasyonları zaten birçok endüstriyi etkilemiştir, elektronikleri atlamamıştır. Mikroişlemciler ve entegre devreler bu şekilde yapılır. Önde gelen ülkeler bu teknolojik yolun daha da geliştirilmesi için yatırım yapıyor - böylece nano ölçeğe geçiş daha hızlı, daha geniş ve daha da gelişiyor.

Bu arada, bazı başarılar zaten elde edildi. 2007 yılında Intel, 45 nm büyüklüğünde bir yapısal öğeye dayanan bir işlemcinin geliştirildiğini (VIA Nano tarafından tanıtıldı) ve bir sonraki adımın 5 nm'ye ulaşacağını duyurdu. IBM, grafen sayesinde 9 nm'ye ulaşacak.

Karbon nanotüpleri (grafen) - Elektronik için en umut verici nanomalzemelerden biri. Sadece transistörlerin boyutunu küçültmekle kalmaz, aynı zamanda elektroniklere hem mekanik hem de optik olarak gerçekten devrim niteliğinde özellikler kazandırırlar. Nanotüpler ışığı tutmaz, hareketlidir, devrelerin elektronik özelliklerini korur.

Özellikle yaratıcı iyimserler, bir gazete gibi bir cebinden çıkarılabilen veya bir yandan bilezik şeklinde giyilebilen ve istenirse bir gazete gibi konuşlandırılabilen taşınabilir bilgisayarlar yaratmayı dört gözle bekliyorlar ve tüm bilgisayar katlanabilir yüksek çözünürlüklü dokunmatik ekran kağıdı kalınlığı gibi olacak.

Nanoteknolojinin uygulanması ve nanomalzemelerin kullanımı için bir diğer olasılık da yeni nesil sabit sürücülerin geliştirilmesi ve oluşturulmasıdır.2007 yılında, Albert Firth ve Peter Grunberg, alternatif iletken ve ferromanyetik katmanlardan ince metal filmlerin manyetik direncini karşılıklı mıknatıslanma yönündeki bir değişiklikle manyetik dirençlerini önemli ölçüde değiştirdiklerinde, ultra yüksek manyetik direncin (GMR etkisi) kuantum mekanik etkisinin keşfi için Nobel Ödülü'nü aldılar.

Harici bir manyetik alan yardımıyla yapının mıknatıslanmasını kontrol ederek, çok hassas manyetik alan sensörleri oluşturmak ve bilgi taşıyıcısı üzerinde depolama yoğunluğunun atomik seviyeye ulaşacağı doğru bir kayıt yapmak mümkündür.

Nanoelektronik ve plazmatronikler atlanmamıştır. Bir metal içindeki serbest elektronların kolektif titreşimleri, yaklaşık 400 nm'lik (50 nm boyutunda bir gümüş parçacık için) karakteristik bir plazmon rezonans dalga boyuna sahiptir. Nanoplazmoniklerin gelişimi, varsayalım, 2000 yılında, nanoparçacık yaratma teknolojisinin geliştirilmesinde ilerleme hızlandığı zaman başladı.

Bir metal nanopartiküller zinciri, heyecan verici plazmon salınımları boyunca bir elektromanyetik dalga iletmenin mümkün olduğu ortaya çıktı. Böyle bir teknoloji, geleneksel optik sistemlerden çok daha hızlı çalışabilen ve daha fazla bilgi aktarabilen bilgisayar teknolojisine mantık devrelerinin eklenmesini mümkün kılacak ve sistemlerin boyutu kabul edilen optik olanlardan çok daha küçük olacaktır.

Nanoelektronik ve genel olarak elektronik alanındaki liderler bugün Tayvan, Güney Kore, Singapur, Çin, Almanya, İngiltere ve Fransa'dır.

Günümüzde en modern elektronikler ABD'de üretilmektedir ve Japon ve Amerikan şirketlerinin yatırımları sayesinde en büyük yüksek teknolojili elektronik üreticisi Tayvan'dır.

Çin, bütçe elektroniği alanında geleneksel bir liderdir, ancak burada durum yavaş yavaş değişmektedir: ucuz emek, Çin'de nanoprodüksiyonlarını kurmayı planlayan yüksek teknoloji şirketlerinden yatırımcıları cezbetmektedir.

Rusya'nın da iyi bir potansiyeli var. Mikrodalga, radyasyon yapıları, fotodetektörler, güneş panelleri ve güç elektroniği alanındaki temel prensip olarak nanoteknoloji bilim şehirlerinin oluşturulmasına ve gelişmesine izin verir.

Bu potansiyel, temel araştırma ve bilimsel gelişim için ekonomik koşullar ve organizasyon gerektirir. Diğer her şey: teknolojik temel, gelecek vaat eden personel ve nitelikli bir bilimsel ortam. Sadece büyük yatırımlara ihtiyaç var ve bu genellikle Aşil topuğu olduğu ortaya çıkıyor ...

Nanoteknoloji uygulamasına bir örnek:Güneş enerjisi almak için nanoantenler