Переход к наноэлектронике

Термин «наноэлектроника» логически связан с термином «микроэлектроника» и отражает переход современной полупроводниковой электроники от элементов с характерным размером в микронной и субмикронной области к элементам с размером в нанометровой области. Этот процесс развития технологии отражает эмпирический закон Мура, который гласит, что количество транзисторов на кристалле  удваивается каждые полтора-два года.

Проблема создания и исследования наноструктур c контролируемыми размерами и заданными свойствами входит в число важнейших проблем нашего времени, прежде всего, потому, что ее решение приведет к революционным изменениям в наноэлектронике, наномеханике, биологии, медицине, материаловедении и других областях. Многие государства имеют свои национальныеипрограммы по нанотехнологии. Большой интерес к нанотехнологии и успехи последних лет в этой области позволяют надеяться на создание в ближайшие годы новых материалов и новых приборов.

Квантовые эффекты, влияющие на свойства нанообъектов:

1) Эффект тунельного резонанса

состоит в способности электронов перетекать от одного меньшего потенциала к другому большему только при достижении ими энергии резонансного уровня барьера, например, квантовой ямы или другого атома…. так например «Атомная структура молекулярного переключателя, называемого ротаксаном (Молекулы-ротаксаны имеют вид кольца, двигающегося вдоль стержня с ограничителями). В химически восстановленном состоянии (переключатель замкнут) система обладает проводимостью из-за резонансного туннелирования между незанятыми орбиталями. В окисленном состоянии (переключатель разомкнут) туннелирование становится невозможным из-за возникновения барьера. Такой переключатель в твердотельной схеме замыкается при подаче соответствующего напряжения в направлении поперек молекулы.» Такой вентиль может быть использован для создания энергонезависимой памяти компьютеров.

2)Эффект Холла

состоит в недиагональной (дискретно изменяющейся) зависимости проводимости двумерного электронного газа от величины приложенного магнитного поля перепендикулярного по отношению к этому газу.

3)Эффект кулоновской блокады

туннелирования состоит в том, что туннелирующий электрон оказавшись на грануле (наноточке) повышает её энергию таким образом, что другой электрон, для того чтобы туннелировать на эту гранулу, должен иметь энергию превышающую энергию гранулы. Преодолеть эту энергетическую блокаду можно при сравнительно высоких напряжениях. Обнаружение квантового эффекта кулоновской блокады и создание одноэлектронных запоминающих и логических элементов, работающих при комнатной температуре. Эффект кулоновской блокады состоит также в препятствовании электрона занявшего первым единственное свободное состояние, будет препятствовать проникновению в квантовый проводник других электронов. Энергетические уровни в наноструктуре формируются под влиянием электрического взаимодействия электронов друг с другом по закону Кулона. Механизм кулоновской блокады весьма перспективен для реализации одноэлектронного режима работы нанотранзисторов.