НАНОТЕХНОЛОГИЯ: МЕЧТЫ И РЕАЛЬНОСТЬ

Pony (pony@xakep.ru)

Спецвыпуск Xakep, номер #031, стр. 031-094-4

Еще одним из применений сканирующей микроскопии является создание наноэлектронных приборов. Как известно, существует предел уменьшения традиционных микроэлектронных компонентов. Чем меньше они становятся, тем больше возрастает влияние квантовых эффектов на их функционирование. Эти эффекты приводят к возникновению ошибок. Для борьбы с ошибками вводятся дополнительные элементы, микросхемы усложняются и, как следствие, возрастает количество ошибок. Получается замкнутый круг. Наноэлектронные же приборы, основанные на квантовых принципах работы, ведут себя с точностью до наоборот. Чем меньше они становятся, тем лучше они работают, так как квантовые эффекты сильнее проявляют себя на сверхмалых расстояниях. Единственная трудность состоит в том, что при этом и изготавливать эти компоненты необходимо с точностью до атомов, иначе вся затея лишается смысла. Зато размер отдельного наноэлектронного транзистора может приблизиться к 20 нм, что вдохнет новую жизнь в тот самый никем не доказанный закон Мура, согласно которому с каждым годом должно происходить удвоение степени интеграции компонентов внутри чипов интегральных схем.

Как метод контроля сканирующая зондовая микроскопия по точности не имеет себе равных. С ее помощью можно обнаруживать отдельные атомы. И даже перемещать атомы и формировать из них группы. Однако все атомарные конструкции, созданные таким образом, уникальны и совершенно не подходят для массово производства устройств.

И тут на выручку приходят технологии создания наноматериалов. Кстати говоря, в России такие материалы называются "ультрадисперсными" и вот уже лет 40 используются в организациях и предприятиях атомной промышленности.

Известно, что при переходе к нанометровым размерам привычные для нас вещества начинают менять свои фундаментальные свойства. Это происходит из-за изменения соотношения поверхностных и объемных атомов индивидуальных частиц. Поверхность самого идеального кристалла может считаться большим двумерным дефектом (ведь на поверхности атомы с одной стороны ничем не связаны). Поверхностные атомы в общем случае находятся на более близких расстояниях друг от друга, чем атомы в объеме кристаллической решетки, и обладают повышенным запасом энергии. До определенного размера частиц доля этих атомов мала, их вкладом в общие характеристики вещества можно пренебречь. У наночастиц свойства поверхностных атомов становятся определяющими. С этих позиций наночастицами предложено считать образования, содержащие не более 1000 атомов и имеющие размер не более 10 нм. Такие вещества широко используются при создании новых типов композитных материалов, катализаторов и т.д.

Самым перспективным веществом для создания наноматериалов является углерод. Он обладает уникальными химическими свойствами (например, углерод - четырехвалентное вещество), необходимыми для создания больших молекул. К характерным наноматериалам относятся фуллерены и углеродные нанотрубки.