39

№1

1. Назовите 4 критических технологии

2. Как можно стимулировать основные нанотехнологические операции (перемещение, осаждение, удаление атомов и молекул)

№2

1. Почему биотехнолоигя относится к наукоемким технологиям

2. Какие требования предъявляются к конструкции и составу нанотехнологических установок.

№3

1. Какая технология лежит в основе современного общества.

2. Можно ли и как избавиться от вибровоздействий на нанотехнологические машины

№4

1. назовите области ближайшего применения изделий, создаваемых по MEMS –технологии

2.  Что такое «квантовая» точка

№5 (то же самое)

№6

1. Опишите технологические и социальные достижения первой и второй научно-технической революций

2. Какие ограничения и почему накладываются на размеры «квантовых» проводников.

№7

1. Что прежде всего понимают под сутью нанотехнологических операций.

2. Можно ли углеродные нанотрубки использовать в качестве квантовых проводников.

№8

1. В чем состоят основные базовые операции технологии изготовления интегральных схем.

2. Что определяет физические свойства нанотрубок, используемых в качестве проводников, полупроводников и диэлектриков.

№9

1. Существуют ли пределы и какова сейчас степень интеграции микросхем.

2. Какие конструкции наноэлектронных приборов (диодов, транзисторов) вам известны.

№10

1. Что такое литография. Какими средствами и какие разрешения достигаются сегодня.

2. Сравните предельные частотные и радиационные свойства нано- и микроэлектронных элементов.

№11

1. Имеет ли какое-либо значение степень очистки воздуха от пыли в производстве микросхем.

2. Известны ли вам примеры молекулярных и биодвигателей. Нарисуйте их схемы и поясните принцип действия.

№12

1. Почему необходимо жестко стабилизировать температуру микроэлектронных процессов.

2. Каковы мировые объемы производства ультрадисперсных материалов. В каких областях материального производства они используются.

 №13

1. Что такое анизотропное травление.

2. Можно ли NEMS  СБИС «наноухо» использовать в качестве блока управления зондами многозондовых машин? Дайте развернутое пояснение.

№14

1. Зачем в MEMS-технологиях используют «жертвенные» слои.

2. Как связаны био- и нанотехнология Могут ли эти области развиваться независимо? Каковы перспективы их синтеза.

№15

1. Почему MEMS и NEMS системы завоевывают рынки сбыта? В каких областях наиболее активно используются эти системы?

2. Что такое гены и генная инженерия. Каковы характеристики биоструктур

№16

1. Почему MEMS и NEMS структуры относят к системам? Дайте определение термина микросхема.

2. Возможна ли генная терапия человека.

№17

1. Туннельный эффект. В чем физическая суть этого процесса. Кто первым предложил его физико-математическую интерпретацию.

2. Что такое биочипы: Как устроена система диагностики на основе биочипов.

№18

1. Сканирующий зондовый микроскоп. Нарисуйте и поясните принцип его работы.

2. Почему применительно к изделиям практических технологий применяем принцип двойных стандартов?

№19

1. Что такое зонд СТМ? Каким требованиям он должен отвечать?

2. Назовите возможные области военного применения наноконструкций

№20

1. Какие двигатели используются в сканирующих зондовых микроскопах. Каково их быстродействие, разрешающая способность и недостатки.

2. Назовите и обоснуйте области гражданского применения наноситем

№21

1. что такое углеродные нанотрубки. Можно ли использовать их в качестве зондов СТМ? А как еще используют нанотрубки?

2. Назовите перспективы и основные цели национальных нанотехнологических программ США, ЕС, и Японии

 № 22

1. Что используется в качестве подложек в отечественной практике воздушных нанотехнологических установок?

2. Назовите достижения нанотехнологии до 2010-2015года.  

№ 23

1. Какие типы производственных  и аналитических зондовых машин вам известны?

2. что подразумевает сценарий «устойчивого» и «рыночного» развития цивилизации до 2030.

БИЛЕТ № 1

1. Назовите 4 критических технологии

В мировой литературе в 2006 г. в качестве базовых технологий информационного общества, определяющих уровень культурного, экономического и оборонного потенциала любого государства, приводится перечень из 4 критических технологий:

1. Bioengineering

одно из самых современных направлений науки, возникшее на стыке физико-химической биологии, биофизики, генной инженерии и компьютерных технологий. Бурное развитие этих областей за последние годы позволило ученым перейти от простого исследования природных биообъектов к их изменению и усовершенствованию, улучшению их полезных свойств, к созданию совершенно новых биологических объектов, не существующих в природе. Среди задач биоинженерии – искусственные белки, выполняющие заданные функции, новые клеточные структуры, обладающие полезными свойствами, и даже целые живые организмы, сконструированные для нужд человека.  

2. MEMS and NEMS systems

Англоязычная аббревиатура MEMS (NEMS)=Micro(Nano)-Electro-Mechanical Systems, дословно — микро (нано) электромеханические системы, обозначает совокупность устройств с размерами в микронном и субмикронном диапазонах, которые способны за счет внешних воздействий менять свое состояние или форму.

Часто под понятием MEMS понимают целое направление в современной нанотехнологии, которое имеет дело с дизайном, методиками синтеза, диагностики, моделирования и использования, в том числе коммерческого, микро- и наномеханических устройств.

MEMS устройства способны выполнять различные функции, включая сенсорные и управляющие. Сегодня устройства на основе MEMS нашли свое практическое применение в ряде оптических систем, сенсорах автомобильных "подушек безопасности", CВЧ приборах, в струйных принтерах, проекционных дисплеях и многих других.

NEMS устройства пока еще только исследуются в различных лабораториях. Их практическое использование и выход на рынок систем на их основе следует ожидать в ближайшие 5-10 лет.

3. Nanotechnology

Нанотехнологию можно определить как набор технологий и методик, основанных на манипуляциях с отдельными атомами и молекулами (т.е. ) методик регулирования структуры и состава вещества) в масштабах 1-100 нм. Использование характерных особенностей веществ на расстояниях порядка нанометров создает доп, совершенно новые возможности для создания технологических приемов, связанных с электроникой, материаловедением , химией и многими др областями науки.

4. E-learning

Образовательная «критическая» технология

• Новые образовательные стандарты

E-learning обслуживают первые три направления (био-, MEMS и нано-), примыкая к тематике Национальных программ.

• Технология E-learning отсутствует в перечне критических технологий РФ.

E-learning:

• Дистанционное образование.

• Индивидуальное обучение.

• Электронные учебники.

• Виртуальные консультации.

• Конкретизация учебных программ.

Как можно стимулировать основные нанотехнологические операции (перемещение, осаждение, удаление атомов и молекул)

1994 г. Начало применения нанотехнологических методов в промышленности. Однако принято считать, что нанотехнология "началась" когда 70 лет назад Г. А. Гамов впервые получил решения уравнения Шредингера, описывающие возможность преодоления частицей энергетического барьера даже в случае, когда энергия частицы меньше высоты , позволбарьера. Новое явление, называемое туннелированиемило объяснить многие экспериментально наблюдавшиеся процессы. Найденное решение позволило понять большой круг явлений и было применено для описания процессов, происходящих при вылете частицы из ядра - основы атомной науки и техники. Многие считают, что за грандиозность результатов его работ, ставших основополагающими для многих наук, Г. А. Гамов должен был быть удостоен нескольких Нобелевских премий. Развитие электроники подошло к использованию процессов туннелирования лишь почти 30 лет спустя: появились туннельные диоды, открытые японским ученым Л. Есаки, удостоенным за это открытие Нобелевской премии. Еще через 5 лет Ю. С. Тиходеев, руководивший сектором физико-теоретических исследований в московском НИИ "Пульсар", предложил первые расчеты параметров и варианты использования приборов на основе многослойных туннельных структур, позволяющих достичь рекордных по были успешно реализованы. В настоящее время быстродействию результатов. Спустя 20 лет они я процессы туннелирования легли в основу технологий, позволяющих оперировать со сверхмалыми величинами порядка нанометров (1нанометр=10-9 м). До сих пор создание миниатюрных полупроводниковых приборов основывалось, в основном, на технике молекулярно-лучевой эпитаксии (выращивания слоев, параллельных плоскости подложки), позволяющей создавать планарные слои из различных материалов с толщиной вплоть до моноатомной. Однако эти процессы имеют значительные ограничения, не позволяющие создавать наноскопические структуры. К этим ограничениям относится высокая температура процессов эпитаксии - до нескольких сотен градусов, при которой хоть и обеспечивается рост высококачественных пленок, однако не обеспечивается локальность формируемых областей. Кроме того, высокие температуры поверхности подложки стимулируют диффузионные процессы, "размывающие" планарные структуры. Более "холодные" технологии осаждения, типа напыления, из-за одновременности осаждения материала на всю подложку, одновременного роста в разных местах зерен осаждаемого материала и последующего образования дефектов на их границах раздела также не позволяли создавать бездефектные наноструктуры. Формирование элементов нанометрового размера первоначально планировалось осуществлять методами электронно-лучевой литографии, дополняемой методами ионного травления. Однако высокоэнергетичный электронный луч, рассеиваясь в подложке, вызывает значительные разрушения в материале, расположенном как под, так и в районе области фокусировки, практически перечеркивая возможность создания многослойных схем с нанометровыми размерами элементов. Возникла тупиковая ситуация, решение которой было найдено в 1981 году. 2 Туннельный микроскоп. В 1981 году кардинально новым шагом, открывающим возможность создания высоколокальных - с точностью до отдельных атомов - низкоэнергетичных технологических процессов, явилось создание Г. Бинингом и Г. Рорером, сотрудниками швейцарского отделения компании IBM, сканирующего туннельного микроскопа, за которое они в 1985 году были удостоены Нобелевской премии. Основой изобретенного микроскопа является очень острая игла, скользящая над исследуемой поверхностью с зазором менее одного нанометра. При этом электроны с острия иглы туннелируют через этот зазор в подложку. Исключительно резкая зависимость тока туннелирующих электронов от расстояния (при изменении зазора на одну десятую нанометра ток изменяется в 10 раз) обеспечила высокую чувствительность и высокую разрешающую способность микроскопа. Стабильное удержание иглы на столь малом расстоянии от подложки обеспечивается применением электронной следящей системы, под воздействием результатов измерения туннельного тока управляющее пьезоманипулятором, перемещающим иглу, что позволяет удерживать зазор с точностью выше сотых долей нанометра. Измеряя величины управляющих сигналов, при известной чувствительности пьезоманипулятора к перемещению под действием напряжения, определяют высоту исследуемой области поверхности. Сканируя над исследуемой поверхностью, по результатам измерений высот различных областей определяют профиль поверхности с точностью до отдельных атомов. Однако кроме исследования поверхности, создание нового типа микроскопов открыло принципиально новый путь формирования элементов нанометровых размеров. Были получены уникальные результаты по перемещению атомов, их удалению и осаждению в заданную точку, а также локальной стимуляции химических процессов. Обычно, для того чтобы провести измерения с помощью туннельных микроскопов между зондом и проводящей подложкой, прикладывают низкие напряжения в несколько милливольт, что ограничивает максимальную энергию туннелирующих электронов величиной, меньшей энергии тепловых колебаний атомов. При проведении нанотехнологических процессов между зондом и подложкой прикладываются напряжения в несколько вольт и даже десятков вольт, что позволяет активизировать проведение атомно-молекулярных процессов, характеризующихся переносом атомов, вплоть до локального испарения, а также стимулировать локальные химические реакции. Нанотехнологические процессы могут проводиться в различных средах: вакууме, газах и жидкостях. В вакууме, в основном, проводятся процессы полевого испарения материала с иглы на подложку и наоборот. Значительно большие технологические возможности открываются в установках с напуском технологических газов. В газовых средах проводят локальные химические реакции, позволяющие, по сравнению с вакуумными установками, расширить диапазон используемых материалов, повысить производительность технологических установок. Напуск технологического газа или паров вещества, используемых в технологической реакции, приводит к образованию на поверхности подложки адсорбированного слоя. Зонд сканирующего туннельного микроскопа приближается к поверхности подложки и практически погружается в адсорбированный слой. Приложение напряжения между зондом и подложкой стимулирует прохождение нескольких процессов: .. поверхностной миграции полярных молекул адсорбированного вещества к зонду; . поляризации вещества под зондом; . удаления вещества из-под зонда за счет нагрева; . возникновения и поглощения плазменных колебаний; . межатомного взаимодействия зонда, подложки и вещества; . локальных химических реакций. Данные процессы в ряде случаев являются конкурирующими, и окончательный результат сильно зависит от типа применяемого вещества. В жидких средах также осуществляют локальные химические реакции, хотя отвод продуктов реакции сложнее, чем в предыдущем случае. Синтезируя подложку с определенными свойствами в газовых средах специального состава, можно создавать наноструктуры различных типов. В последние годы для работы с диэлектрическими подложками применяются атомно-силовые микроскопы, однако они не позволяют производить локальную активацию атомов и молекул под зондом, то есть при их помощи невозможно осадить проводящий материал на диэлектрическую подложку. Что же касается современной техники на базе туннельных микроскопов, то с их помощью можно активировать лишь материал, расположенный между вершиной зонда и проводящей подложкой, а не диэлектрической, как это требуется для практических целей. Поэтому главное направление развития технологии создания проводящих элементов на изолирующих материалах, это создание принципиально новых типов активаторов нанотехнологических процессов.

БИЛЕТ № 3