Студ. Мустафаев М.Г.
Кафедра электронных приборов.
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)
Рассмотрены некоторые свойства наноструктурных материалов. Показана возможность создания функциональных устройств на основе наноструктурных материалов.
Развитие наноэлектроники способствует уменьшению размеров элементной базы, повышению уровня технологии и созданию новых функциональных устройств.
Определяющими характеристиками являются характерные размеры элементов, физические ограничения, технология и функциональные устройства. Это позволяет установить связь характерных размеров с физическими ограничениями, необходимой технологией и функциональными устройствами.
Изменение размеров от 130 до 7 нм ведет к переходу от классической физики к квантовой механике и необходимости использования синергетических подходов [1].
Прогресс в микроэлектронике – повышение функциональной сложности и быстродействия – достигался за счет уменьшения размеров элементов без изменения физических принципов их функционирования (масштабирование). При переходе к наноразмерам возникает ситуация, когда все в большей мере проявляется волновая природа электронов, т.е. проявляются квантово-механические эффекты (размерное квантование, туннелирование, интерференция). С одной стороны, квантовые эффекты ограничивают возможности дальнейшего использования традиционного масштабирования, а с другой – открывают возможности создания новых функциональных элементов, позволяют использовать принципы обработки информации, характерные для биологических объектов.
Традиционная кремниевая технология не обеспечивает требования по размерам и разбросам, предъявляемым к нанообъектам. Все большее применение получают наноструктуры и наноструктурированные материалы. Это искусственные материалы, в которых требуемая зонная структура обеспечивается выбором веществ, из которых изготавливаются отдельные слои, толщинами слоев, изменением связи между слоями. Эти подходы к полупроводниковым наноструктурам позволили создать лазеры ближнего и дальнего ИК-диапазона, фотоприемники, высокочастотные транзисторы с высокой подвижностью электронов, одноэлектронные транзисторы, различного рода сенсоры. Наряду с полупроводниковыми наноструктурами применяются и альтернативные наноматериалы: магнитные наноструктуры, молекулярные наноструктуры, фотонные кристаллы, фуллереноподобные материалы, конструкционные наноматериалы.
В магнитных многослойных наноструктурах с чередующимися ферромагнитными и диамагнитными слоями наблюдается эффект гигантского магнитосопротивления, что позволяет использовать их для создания сред со сверхплотной записью информации и новых типов датчиков магнитного поля.
Молекулярные наноструктуры являются неотъемлемой частью нанотехнологии и включают полимеры, молекулярные ансамбли и единичные молекулы.
Фотонные материалы – это упорядоченные системы, в которых имеется зонный спектр для фотонов. Примерами служат опаловые матрицы и самоорганизованные нанопористые структуры, например, на основе оксида алюминия. Такие материалы способствуют созданию низкопороговых лазеров, приемников излучения, систем управления световыми потоками, а также служат упорядоченными подложками в нанотехнологии [2].
Фуллереноподобные материалы на основе углерода и других неорганических материалов обладают такими свойствами, как прочность, управляемое изменение размеров от единиц до сотен нанометров, возможность заполнения полостей молекулами газов, органических и неорганических молекул, атомов металлов, а также управляемыми физическими свойствами, эффективной автоэмиссией. ............
