Содержание

Введение 2

1 Состояние и перспективы развития элементной базы электроники 4

2 Наноэлектронные лазеры. 6

2.1 Наноэлектронные лазеры с горизонтальными резонаторами 6

2.2 Наноэлектронные лазеры с вертикальными резонаторами 9

3 Наноплазмоника 14

3.1 Кванты плазмы твердых тел 14

3.2 Спазер — лазер на плазмонах 17

3.3 Однофотонный транзистор 19

3.4 Интегральные схемы на плазмонах 21

4 Оптические модуляторы 23

5 Дисплеи и осветительные приборы на основе нанотрубок 25

Заключение 30

Список используемой литературы 31

Введение

Хорошо освоенная кремниевая технология позволяет создавать полупроводниковые приборы как внутри объема (полупроводниковая технология), так и на поверхности изолятора (технология кремний на изоляторе). Области применения пластин, используемых в технологии кремний на изоляторе (КНИ): оптоэлектроника, микромеханика, сенсоры, биполярные приборы, высоковольтные ключи и др.

Непрерывное совершенствование технологии направлено на создание приборов с лучшими технико-экономическими показателями: по потребляемой и отдаваемой мощности, полосе рабочих частот и быстродействию, массе и габаритам. При этом исследуются и внедряются в производство новые типы полупроводниковых материалов: SiGe, GaN, GaAs, InP.

Достижению рекордных технико-экономических показателей способствует использование оригинальных конструкций, новых материалов (в частности, углеродных нанотрубок), физических явлений и эффектов, не использовавшихся в классической электроники (явлений в напряженном кремнии и в гетеропереходах, «горячих электронов» и др.).

Наблюдается переход от кремниевой технологии к нанотехнологиям, а также зарождение молекулярной электроники.

1 Состояние и перспективы развития элементной базы электроники

Развитие элементной базы последние пять десятилетий происходит в соответствии с законом Мура. Согласно этому закону, число элементов современных интегральных микросхем (ИМС) увеличивается вдвое через каждые два года. Замечена тенденция увеличения на порядок сложности электронной аппаратуры каждые десять лет. Современные комплексы электронной аппаратуры насчитывают 10⁶-10¹² элементов. Для обеспечения их надежной работы в течение длительного времени требуется непрерывное совершенствование элементной базы, что проявляется использованием потенциальных возможностей микроэлектроники, а с недавних пор – переходом к наноэлектроники.

Время безотказной работы Т_б электронной аппаратуры ориентировчно можно определить по формуле (1):

(1)

n_Э – число элементов;

λ_Э – интенсивность отказа элемента;

n_С – количество соединений;

λ_С – интенсивность отказа соединений;

Р_отк – вероятность отказа.

Из приведенной формулы видно, что выполнение сложной электронной аппаратуры на основе дискретных приборов и простых ИМС нецелесообразно. Из-за обилия соединений время безотказной работы в этом случае будет недопустимо мало. Таким образом, для разработки современной аппаратуры необходимы комплектующие изделия, отличающиеся при большой сложности высокой надежностью и ограниченным числом внешних выводов. Такими изделиями являются большие и сверхбольшие ИМС (БИС и СБИС).

В настоящее время налажено производство ИМС ультравысокой степени интеграции (УБИС) с числом элементов десятки миллионов. Разрабатываются гигантские ИМС (ГИС) с числом элементов, приближающимся к миллиарду. Число внешних выводов УБИС и ГИС составляет сотни-тысячи.

По виду обрабатываемой информации БИС и СБИС подразделяются на аналоговые и цифровые. Среди аналоговых наиболее широкое применение находят аналогово-цифровые преобразователи (АЦП), цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), многоканальные коммутаторы, аналоговые мультиплексоры, программируемые линейные ИМС.

Среди цифровых наибольшее применение находят однокристальные микроЭВМ, микропроцессоры, сигнальные процессоры, запоминающие устройства, программируемые логические матрицы и пр.

В зависимости от технологии изготовления БИС и ИМС подразделяют на полупроводниковые и гибридные. Полупроводниковые ИМС являются самыми перспективными, так как позволяют добиться лучших показателей по степени интеграции элементов и наименьшей удельной стоимости элемента. Повышение степени интеграции обеспечивается двумя путями: увеличение плотности упаковки элементов или увеличением размера кристалла. При разработке ИМС с высокой степенью интеграции возникает проблема теплоотвода.

Основная область применения БИС и СБИС – это компьютерная техника. К настоящему времени известны пять поколений компьютеров. Каждому поколению свойственна своя технология производства. С каждым новым поколением компьютеров увеличиваются их операционные ресурсы, производительность, надежность, уменьшается потребляемая мощность, масса и габариты.

В настоящее время активно ведутся разработки и производство компьютеров пятого поколения. Элементной базой этих компьютеров является наноэлектроника и оптоэлектроника. Быстродействие лучших компьютеров пятого поколения превышает 10¹² оп/с.

Следующими поколениями компьютеров, вероятно, будут квантовые и биологические ЭВМ.