Технологии

Новые материалы и устройства наноэлектроники требуют развития новых нетрадиционных технологий и усовершенствования старых. При этом важна не только высокая точность в получении наноструктур и устройств на их основе, но и экономически выгодная массовость производства. С этой точки зрения старая технология «сверху вниз» при требуемом усовершенствовании может стать очень дорогой. Классическая литография, даже при использовании коротковолново­го рентгеновского излучения, дает большой процент брака уже при размерах 10-20 нм. Характерный для нанотехнологии принцип «снизу вверх» только начинает развиваться в виде различных вариантов процессов, пока еще далеких от промышленного внедрения. Тем не менее, некоторые конкретные производства уже сделали «рывок» в этом направлении, например производство световодов на основе фотонных кристаллов.

Одним из технологических направлений в наноэлектронике является использование зондовых технологий. Классическим является метод ло­кального зондового окисления. Он используется для локального изменения свойства твердой подложки и для изготовления активных элементов наноэлектроники. В этом методе между зондом и подложкой создается такое электрическое поле, которое активирует различные физико-химические процессы.

Их итогом является образование оксида, толщина слоя которого зависит от приложенной разности потенциалов и длительности процесса.

Другой метод, метод «погруженного пера», позволяет рисовать на подложке, используя в качестве «чернил» золото, ДНК, органические красители, проводя­щие полимеры и пр.

Существуют технологии зондового механического воздействия (давления) на подложку или термическо­го воздействия. Их сочетание составляет основу работы запоминающего устройства «многоножка» фирмы «IBM» (рис. 6.5), которая является примером многозондового матричного устройства (см. гл. 1). Представленный в 2005 г. на выставке в Ганновере чип «много­ножки» размером 6,3x6,3 мм² содержал 4096 кантилеверов. На такую «многоножку» размером с почтовую марку можно записать содержимое 25 DVD-дисков. По прогнозу «IBM», она заменит Flash-память.

Посвященные «многоножке» статьи озаглавлены «Перфокарты возвращаются». В старых вычислительных машинах в бумажных перфокартах отверстие или отсутствие отверстия обеспечивали двоичный код «1» - «0» («да» - «нет»). В новой памяти нанозонды проплавляют ямки диаметром 10 нм на расстоянии 100 нм друг от друга в специальной полимерной пленке. Когда зонд попадает в ямку, он охлаждается, и его электрическое сопротивление изменяется. Этого достаточно для определения бита информации. Зонд может стереть информацию, заплавив ямку.

Роль процессов самоорганизации

Перспективный путь в развитии стратегии «снизу вверх» - изучение и использование процессов самоор­ганизации, в пределе – самовоспроизводства. Метод получения различных наноструктур (нанопленок, нанопроволок, наноточек) на поверхности полупроводниковых кристаллов за счет самосборки из адсорбированных атомов получил дальнейшее развитие в работах российских ученых [11]. На рисунке 6.6 приведено изображение, полученное с помощью сканирующего туннельного микроскопа, упорядоченного массива магических нанокластеров алюминия и нанопроволок меди на поверхности кремния. Напомним, что для практиче­ских применений очень важно получение однородной наноструктуры, подобно той, что демонстрирует рисунок 6.6, а.

Ведутся работы в области химической самосборки элементов нанотехнологии. При этом используются идеи фон Неймана.

Электроника + фотоника + спинтроника

Фотоника и спинтроника имеют собственные пути развития в области информатики. Однако пока, видимо, будут использоваться сочетания устройств собственно наноэлектроники с устройствами фотоники и спинтроники. Предполагается, что в недалеком будущем будет создан процессор на основе оптоэлектроники. Передача данных будет осуществляться фотонами со скоростью, недоступной электронам, что раз в 100 увеличит частоту и уменьшит тепловыделение. Однако для переключений в процессоре будут ис­пользоваться электронные схемы. Над компьютером такого типа работают известнейшие фирмы, такие как «IBM», «Hewlett-Packard», «Forbes ASAP» (подробнее можно прочитать об этом в статье [9]).