Nanoelektronikaning asosiy vazifalari quyidagilardan iborat:
- nanometr oʻlchamli, birinchi navbatda kvantli faol qurilmalarning ishlashi uchun fizik asoslarni ishlab chiqish;
- texnologik jarayonlarning jismoniy asoslarini ishlab chiqish;
- qurilmalarning o‘zlari va ularni ishlab chiqarish texnologiyalarini ishlab chiqish;
- nanometrli texnologik o‘lchamli integral mikrosxemalar va nanoelektron elementlar bazasi asosida elektron mahsulotlar ishlab chiqish.
Nanoelektron qurilmalar va qurilmalarning o‘ziga xos xususiyati klassik hodisalar bilan bir qatorda an'anaviy tranzistorning ishlashida asosan parazit bo‘lgan kvant effektlarining namoyon bo‘lishidir. Nanoelektronika asboblari va qurilmalari elektr, magnit, mexanik va biologik tizimlarning (hozirda axborot texnologiyalari bilan bog‘liq) yakuniy imkoniyatlaridan foydalanadi. Vaqt o‘tishi bilan nanoqurilmalar energiya konversiyasi jarayonlarida, atrof-muhitni muhofaza qilishni tashkil etishda va odamlarga tibbiy yordam ko‘rsatishda muhim rol o‘ynaydi.
1.3-rasmda sxematik ravishda bir nechta atomdan iborat nanosimlarning parallel tekis liniyalari ko‘rsatilgan.
1.3-rasm. Bir nechta atomdan iborat nanosimlarning parallel tekis liniyalari
Ushbu liniyalar bir-biriga tegmasdan, ko‘priklar ko‘rinishidagi bir qator parallel nanosimlar bilan to‘g‘ri burchak ostida kesib o‘tadi. Shu bilan birga, yarimo‘tkazgich materialidan hosil bo‘lgan molekulyar zanjirlar yuqori o‘tkazgichlardan pastki o‘tkazgichlarga tushadi. Ushbu texnologiya yordamida qurilgan sxemalar allaqachon ma’lumotni saqlash va mantiqiy operatsiyalarni bajarish, ya’ni tranzistorlarni almashtirish qobiliyatini namoyish etgan.
Yuqoridan pastga moddani o‘zgartirish texnologiyalari, shuningdek, nanometrli tuzilmalarni sintez qilish va o‘z-o‘zini yig‘ish sohasidagi kashfiyotlar juda kuchli kashfiyotlarga olib keldi. Ular orasida: - uglerod nanotubalarini, keyin esa grafen monokristallarini yaratish; — alohida nanoelektron qurilmalarni atomma-atom yig‘ish uchun skanerlovchi tunnel mikroskoplari va atom kuch mikroskoplarining zondlaridan foydalanish; - axborot signallarining tashuvchisi sifatida spinlardan foydalanish; — xona haroratida ishlaydigan geterobirlashmalar, rezonansli tunnel diodlar va optoelektron elementlar asosida tranzistorlar yaratish; — nanokristallarni sintez qilishning kimyoviy usullari va ularni yirikroq va tartibli tuzilmalarga birlashtirish usulini ishlab chiqish; — nanoqurilmalar ishlab chiqarishda biomolekulalar va supramolekulyar tuzilmalardan foydalanish; - molekulyar elektron qurilmalarni tashkil etishning mikro va makrodarajalarini ulash orqali individual molekulyar elementlarni integral sxema kabi funktsional qurilmaga yig‘ish; - biokimyoviy "molekulyar dvigatellar" ni izolyatsiya qilish va ularni biologik bo‘lmagan muhitga kiritish.
1.4.-rasm. Bir devorli uglerodli nanotrubka modeli
Nanoelektron qurilmalar va qurilmalar Nanoelektron qurilmalar va qurilmalar nanotexnologiya usullari yordamida yaratilgan. Nanotexnologiya deganda yangi materiallar, qurilmalar va qurilmalarni olish maqsadida alohida atomlar va molekulalarni manipulyatsiya qilishga asoslangan texnologiyalar, jarayonlar va texnikalar majmuasi tushuniladi. Nanotexnologiyadan elektronika, materialshunoslik, kimyo, mexanika, biotibbiyot va boshqa fan va texnologiya sohalarida foydalanish mumkin. Va atom va kvant fizikasi uchun 1 A yoki 10-10 m qiymatini xarakterli uzunlik birligi sifatida ko‘rib chiqish odatiy holdir, bu tanlov angstrom eng kichik atomlarning diametriga to‘g‘ri kelishi bilan bog‘liq - vodorod atomi. Boshqa atomlarning diametri 2 A dan bir oz oshib ketishi mumkin. Nanometr 10 marta katta. 1 nm dan 100 nm gacha bo‘lgan nanorang mintaqa.
|
|
|
Mexanik kalit
|
Elektrovakuumli lampa
|
Yarim o‘tkazgichli tranzistor
|
|
|
|
|
|
|
Bir elektronli tranzistor
|
Atom almashinish tuzilmalari
|
Yarim o‘tkazgichli tranzistor
|
1.5-rasm.
Jonsiz moddalar kabi atomlardan tashkil topgan tirik tabiatda oqsil va lipid molekulalarining o‘lchamlari 10 nm gacha. Ribosomalar va viruslar shkalasi 100 nm ichida joylashgan. Masalan, nanotexnologiya mahsulotlaridan biri - nanotubalar, shuningdek, o‘ta yirik integral mikrosxemalar elementlari ham ~100 nm o‘lchamga ega.
1.1-jadval. Jonli va jonsiz tabiatning xarakterli masshtablari
|
1 m
|
- server, odam organizmi,
|
|
|
50 sm
|
- noutbook, qush uyasi
|
|
|
10 sm
|
- Katta integral sxema, tarakan
|
|
|
10 mm
|
- Integral sxema, chumoli, qum donasi
|
|
|
1 mm
|
- Mato, qog‘oz varag‘i qalinligi, tuxum hujayrasi
|
|
|
100 mkm
|
- Odam soch tolasi qalinligi, biokletka
|
Kvant nuqtasi
|
|
10 mkm
|
- Bakteriya
|
|
1 mkm
|
- Mitoxondriya
|
Nano diapazon
|
100 nm
|
- Tranzistor tuzilmasi, virus, uglerodli nanotrubka
|
10 nm
|
- DNK spirali diametric, protein, lipidlar
|
1 nm
|
- Molekula
|
|
1Å
|
- Atom diametri
|
|
Bu tirik va tirik bo‘lmagan tizimlar texnologiyalarini muvaffaqiyatli uyg‘unlashtirish, mikrominiatyura asboblari, dori-darmonlarni yaratishga umid baxsh etadi. Shuni ta’kidlash kerakki, mikrochiplarning ishlash ko‘rsatkichlari oshishi bilan ular avvalgi avlod chiplariga nisbatan arzonlashadi va kamroq energiya sarflaydi.
Keyingi yillarda mikroelektronika va nanoelektronika bilan bir qatorda funktsional elektronika ham rivojlanmoqda. Zamonaviy elektronikaning bu yo‘nalishi odatiy elementlar (tranzistorlar, diodlar, rezistorlar va kondensatorlar) dan voz kechish va qurilmalar yasashda qattiq jismdagi turli fizik hodisa (optik, magnit, akustik va h.k.) lardan foydalanishni nazarda tutadi. Funkitsonal elektronika qurilmalariga akustoelektron, magnitoelektron, kriogen asboblar va boshqalar kiradi.
Integral mikrosxemada komponentali tuzilishdan qochish va mutlarning dinamik nobirjinsliliklarga asosida tuzli qurilmalar yaratish funktsional elektronikaning o‘ziga hos jihatidir. Bugunki kunda funktsional elektronika rivojlanishining dastlabki bosqichida turibdi. Funktsional elektronikaning ko‘p qurilmalari mikroelektronikaning raqamli qurilmalari bilan ishlashga moslashgan. Funktsional elektronika qurilmalariga birinchi navbatda yuqori tezkorlik va 105 ÷ 107 bit sig‘imga ega xotira qurilmalarini misol qilish mumkin.
Quyida funktsional elektronikaning istiqbolli va hozirda keng ishlatilayotgan bir-nechta asboblarining ishlash printsiplarini ko‘rib chiqamiz.
|
