Нанотехнологии и электроника

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

гОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИАНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

≪КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИИ ИНСТИТУТ≫

 
 

                           

РЕФЕРАТ

по дисциплине ≪Инновационные технологии≫

Тема: ≪Нанотехнологии и электроника≫ 
 
 
 

Автор реферата ______________ Булатова С.В.__

Группа___________103__________           

Преподаватель ________________Савдур С.Н   _ 
 
 
 
 

                              

                                                 План:

1. Введение

2. Задачи наноэлектроники

3. Состояние исследований в области нанотехнологий и наноэлектроники

4. Полупроводниковые наноструктуры

5. Заключение

6. Список использованных источников информации 

 

                             
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                  

                                                   Введение

   Развитие современной полупроводниковой электроники включает применение нанотехнологий, которые определяются как наука и техника создания, изготовления, характеризации и реализации материалов и функциональных структур и устройств на атомном, молекулярном и нанометровом уровнях. Нанотехнологии должны обладать атомной точностью при получении полупроводниковых наносистем с необходимым химическим составом и конфигурацией и включают методы комплексной диагностики наноструктур, в том числе контроль в процессе изготовления и управление на этой основе технологическими процессами.

    Развитие нанотехнологий было стимулировано  разработкой полупроводниковых наноструктур, выращенных методами молекулярно-пучковой и металлоорганической эпитаксии, и созданием на их основе принципиально новых приборов и устройств электроники и оптоэлектроники, широко используемых сейчас в системах хранения, передачи и обработки информации (лазеры на квантовых ямах и свехрешетках, СВЧ - транзисторы с двумерным электронным газом и др.).

    Мощным толчком развития нанотехнологий послужило открытие в 80-х годах ХХ века туннельной микроскопии, идеи которой легли в основу разработки широкого спектра современных зондовых методов диагностики материалов на наноуровне, а также ряда технологических приемов (нанолитография, молекулярная сборка, самоорганизация). Существенно усовершенствованы известные технологии (электронная и рентгеновская литография, техника сфокусированных ионных пучков) и диагностические методы (электронная микроскопия сверхвысокого разрешения, сканирующая зондовая микроскопия, рентгеновские методы, в том числе с использованием синхротронного излучения, фемтосекундная спектроскопия), что позволяет контролируемым образом создавать наноструктуры, наноматериалы и устройства различного назначения на их основе.

    Современный опыт разработки приборов и устройств на основе квантовых гетероструктур (лазеры на квантовых точках, сверхбыстродействующие транзисторы, запоминающие устройства с гигантским магнитосопротивлением) показывает, что результаты фундаментальных исследований в этой области находят практическое применение за весьма короткое время. Эти достижения уже в ближайшие годы способны привести к кардинальным изменениям во многих сферах человеческой деятельности - в электронике, информатике, энергетике, медицине и др. По оценкам зарубежных экспертов объем мирового рынка нанотехнологий в 2010 году составил более 1 трлн. долларов США.

      Развитие в стране нанотехнологий и связанных с ними направлений науки, техники и производства направлено на повышение конкурентоспособности и расширение присутствия России на мировом рынке, повышение степени безопасности страны путем широкого внедрения специальной наносистемной техники, совершенствования вооружений, военной и специальной техники.

      В связи с вышеизложенным государственная научно-техническая и инновационная политика в этой сфере деятельности должна быть приоритетной. И иметь, прежде всего, технологическую направленность, включая анализ рынка наукоемкой нанотехнологической продукции, прогнозирование возможного развития отдельных технологических направлений в области создания наносистем.

      Обеспечение перехода от исследований к  использованию их результатов для развития основ наноиндустрии заключается в создании благоприятных условий для поддержки проведения работ, включая информационную поддержку. Этому служат разрабатываемые в рамках настоящей работы региональный сегмент телекоммуникационной национальной нанотехнологической сети (ННС). А также базы данных по тематическому направлению деятельности ННС наноэлектроника, обеспечивающих информационно-технологическую и аналитическую поддержку проведения  исследований и разработок в области наноэлектроники, а также опытно-конструкторских работ, направленных на создание конкурентоспособных продуктов в этой области, их ускоренное промышленное освоение и коммерциализацию.

    Создание современных баз данных в определенной предметной области, в частности, наноэлектронике, включает в себя несколько основных стадий:

- формирование самой предметной области, представляющей собой часть реального мира, данные о которой мы хотим отразить в базе данных. Предметная область бесконечна и содержит как очень важные понятия и данные, так и малозначащие или вообще не значащие данные, при этом их важность зависит от выбора предметной области и определяется разработчиком.

- разработку модели предметной области, представляющую собой формализованную модель предметной области, которая описывает процессы, происходящие в предметной области и данные используемые этими процессами. Наиболее информативным и полезным при разработке баз данных являются формальные описания процессов предметной области, выполненные при помощи специализированных графических нотаций.

- построение логической модели данных, которая описывает взаимосвязь понятий предметной области, а также ограничения на данные, налагаемые предметной областью. Логическая модель данных является начальным прототипом будущей базы данных. Она позволяет пользователям и разработчикам трактовать данные уже как информацию, то есть сведения, содержащие не только данные, но и взаимосвязь между ними. Логическая модель данных отражает три аспекта работы с данными - задание структуры данных, правила обеспечения целостности данных, правила манипулирования данными.

- создание физической модели данных, которая описывает данные средствами конкретной Системы Управления Базами Данных (СУБД). Отношения, разработанные на стадии формирования логической модели данных, преобразуются в таблицы, атрибуты становятся столбцами таблиц, для ключевых атрибутов создаются уникальные индексы, домены преображаются в типы данных, принятые в конкретной СУБД

                   
 
 
 
 
 
 

                                                     

                            

                                 Задачи наноэлектроники

   Современный научно-технический прогресс, несомненно, определяется развитием электроники, основой которой являются достижения в различных областях фундаментальных наук, главным образом, физики твердого тела, физики полупроводников, а также твердотельной технологии. Последние достижения науки показывают, что, в отличие от традиционной микроэлектроники, потенциальные возможности которой в ближайшее десятилетие, по-видимому, будут исчерпаны, дальнейшее развитие электроники возможно только на базе принципиально новых физических и технологических идей.

   Так, на протяжении ряда десятилетий повышение функциональной сложности и быстродействия систем достигалось увеличением плотности размещения и уменьшением размеров элементов, принцип действия которых не зависел от их масштаба. При переходе к размерам элементов порядка десятков или единиц нанометров возникает качественно новая ситуация, состоящая в том, что квантовые эффекты (туннелирование, размерное квантование, интерференционные эффекты) оказывают определяющее влияние на физические процессы в наноструктурах и функционирование приборов на их основе.

   Многообещающим является также создание наноструктур, где роль функциональных элементов выполняют отдельные молекулы. В перспективе это позволит использовать принципы приема и переработки информации, реализуемые в биологических объектах (молекулярная наноэлектроника). Новые возможности в повышении мощности, температурной и радиационной стойкости, расширении диапазона частот, улучшении эргономических характеристик приборов открывает направление, в котором синтезируются идеи и технологические достижения вакуумной и твердотельной электроники (вакуумная наноэлектроника).

   Создание наноструктур базируется на новейших технологических достижениях в области конструирования на атомном уровне твердотельных поверхностных и многослойных структур с заданным электронным спектром и необходимыми электрическими, оптическими, магнитными и другими свойствами. Требуемая зонная структура таких искусственных материалов обеспечивается выбором веществ, из которых изготовляются отдельные слои структуры («зонная инженерия»), поперечных размеров слоев (размерное квантование), изменением степени связи между слоями («инженерия волновых функций»). Наряду с квантово-размерными планарными структурами (двумерный электронный газ в квантовых ямах, сверхрешетки) исследуются одно - и нуль-мерные квантовые объекты (квантовые нити и точки), интерес к которым связан с надеждами на открытие новых физических явлений и, как следствие, на получение новых возможностей эффективного управления электронными и световыми потоками в таких структурах.

Нанотехнологии призваны решить следующие задачи в электронике:

- резкое повышение производительности вычислительных систем;

- резкое увеличение пропускной способности каналов связи;

- резкое увеличение информационной емкости и качества систем отображения информации с одновременным снижением энергозатрат;

- резкое повышение чувствительности сенсорных устройств и расширение спектра измеряемых величин, что важно, в частности, для задач экологии;

- создание высокоэкономичных твердотельных осветительных приборов;

- существенное увеличение удельного веса использования электронных и оптоэлектронных компонентов в медицинских, биологических, химических, машиностроительных и других технологиях.

   Резкое повышение производительности вычислительных систем необходимо в связи с переходом технологии интегральных схем к нанометровому масштабу. В табл. 1 приведен прогноз уменьшения характерных размеров ИС памяти и процессоров (ITRS Roadmap 2002), в табл. 2 -- перспектива уменьшения энергии на одно переключение.

Таблица.1

 

   Таким образом, развитие «традиционной микроэлектроники» подразумевает переход к нанотехнологии. Развитие нанотехнологии позволит сконструировать и принципиально новые элементы ИС, такие, например, как «одноэлектронные» устройства, потребляющие предельно малые энергии на переключение, или сверхбыстродействующие биполярные Si--Ge-транзисторы с базами толщиной в несколько нанометров. Устройства на основе наноструктур принципиально необходимы и для считывания информации в вычислительном процессе из-за предельно низких уровней сигналов. Примером могут служить магнитные считывающие устройства, основанные на эффекте гигантского магнетосопротивления, возникающем в слоистых металлических магнитоупорядоченных средах с толщиной слоев в несколько нанометров.