Военные нанотехнологии -
ISBN 5-94836-096-2
Скачать (прямая ссылка):
ОБЩИМ ОБЗОР
РАЗВИТИЯ
НАНОТЕХНОЛОГИИ1
2.1. Общие Глава 2. Общий обзор развития чанотехнологии
печатное дело) к организации такого производства заключается в медленном и тщательном изготовлении исходного образца, с которого позднее простыми операциями можно получить огромное количество копий. Еще один подход, позволяющий избежать сложного и дорогостоящего процесса изготовления исходных наносистем, заключается в использовании очень большого числа автоматических нано/микроманипуляторов, работающих параллельно®.
Совершенно иной принцип связан с так называемым восходящим (снизу вверх) производством, при котором под действием физико-химических сил происходит «самосборка» компонент. Примерами такой самосборки или самоорганизации могут служить процессы образования квантовых точек (представляющих собой двухмерные системы на полупроводниковой подложке с разными параметрами решетки) или формирование на поверхности золота монослоя из параллельно ориентированных алкан-тиоловых молекул с концевыми атомами серы [см., например» De Wild et al, 2003]. Приведенные примеры самоорганизации можно реализовать сравнительно простыми методами, однако формирование более сложных структур (например, трехмерных вычислительных и запоминающих элементов со всеми необходимыми связями) требует изощренной техники. Вдохновляющим примером для исследователей могут служить многие естественные биологические процессы (типа роста нервных окончаний), однако их воспроизведение в искусственных системах пока остается несбыточной мечтой.
Конечной целью нанотехнологий выступает разработка методов создания любых трехмерных образований (молекул и более сложных структур) из атомов заданного типа в заданном положении, что должно позволить «создавать и формировать мир, атом за атомом», как было гордо заявлено в брошюре, изданной руководством НИИ США 11 WON, !999а I7. Вообще говоря, такой подход подразумевает возможность создания даже таких систем и материалов, которые трудно или невозможно получить традиционными химическими методами, основанными на термодинамических или стохастических процессах. Единственным ограничением на этом пути могут стать фундаментальные законы природы, но общее направление представляется ясным - необходимо научиться осуществлять восходящие процессы, постепенно переходя от простой самосборки (т.е. овладевая методами «машинной» сборки на микро- и наноуровне) к моделированию сложных явлений, которые можно уподобить развитию живых организмов. 2.1. Общие сведения
2.1.3. От микроэлектроники к ттоэяектрошке
Весьма показательная в этом смысле ситуация складывается в развитии микроэлектроники, где непрерывно продолжающаяся миниатюризация уже сейчас явно приводит разработчиков и производителей к использованию HT ITimp et а!,, 1999]. Более сорока лет общая тенденция определялась так называемым законом Мура, в соответствии с которым плотность компонент интегральных электронных схем возрастала вдвое за каждые 15 лет, что достигалось непрерывным уменьшением размера элементов с параллельным возрастанием тактовой частоты и усложнением чипов. Легко подсчитать, что в соответствии с такой обшей тенденцией уже к 2003 году характерные размеры схем должны были составлять около 100 нм, а в 2004 году - уже 90 нм, т.е. попасть в область определения нанотехногии. На рис.2.1 приведена экстраполированная оценка из так называемого Путеводителя развития полупроводниковой промышленности, из которой следует, что к 2016 году характерные размеры элементов должны составлять 22 нм. Естественно, что достижение таких результатов должно быть связано с какими-то принципиально новыми методами или результатами. Например, преодоление следующего рубежа (45 нм) в 2008 году может быть связано лишь с внедрением литографических методик следующего поколения (использование ультрафиолетового излучения, электронных пучков и т.п.), что потребует развития новых типов соединений (радиосвязь, оптические устройства). Одновременно с уменьшением размера возрастает стоимость заводского оборудования, что также диктует необходимость принципиальных изменений в типах изготовляемой продукции, вследствие чего сейчас ведутся интенсивные разработки устройств нового типа (особенно с учетом возможности трехмерной регистрации информации): магнитных или ферромагнитных запоминающих устройств; одноэлек-т|Х>нных транзисторов; пересекающихся или переплетающихся на-нопроводов; органических молекул в качестве проводников, запоминающих и переключающих устройств; атомарной «записи» при помощи атомно-смловых зондов и т.п. [Timpetal., 1999; ReedandTour, 2000; Gracias et а]., 2000; Lieber, 2001; \fcttiger et al, 2002; Chen et al„ 2003; обсуждение спорных вопросов последней работы можно найти в публикации Service, 20031. В настоящее время процессы нисходящего производства уже представляются разработчикам и производителям слишком медленными и дорогостоящими, а методы восходящего производства (как в изготовлении элементов, так и в их I л
= I
О. Ci
U T
S- о
* z,
Я S
D. S
