Исследования по применению наноматериалов в электронике

Исследования по применению наноматериалов в электронике

Практическое  применение наноматериалы находят  уже сейчас во многих областях. Их электрические, оптические и механические свойства указывают на значительные перспективы  использования этих материалов в ряде технических направлений. Прежде всего, это электроника.  
       Они уже сейчас используются при создании плёнок для литографии. Созданное с их помощью новое поколение фоторезистов, приводит к уменьшению линейных разиеров до 0.2 микрометров и использование одного и того же резиста для ультрафиолетового, рентгеновского и электронно–лучевого процессов литографии. Фотолитография с применением фуллеренов проводится в Санкт–Петербурге в ЗАО "Авангард–Элионика".  
         В институте физики полупроводников РАН идёт разработка новых технологий нанолитографии и безмасочного изготовления наноприборов и атомно-размерных объектов, там же проводятся теоретические и экспериментальные исследования многослойных наноструктур для создания элементов микро- и фотоэлектроники. Первый одноэлектронный транзистор, на основе кулоновской блокады, был создан в 1986 году советскими физиками Лихарёвым К.К. и Авериным Д.В.. И сегодня у нас в стране продолжает широкомасштабное производство и исследование одноэлектронных наноприборов.  
В физическом институте им. Н.П.Лебедева (ФИАН) занимаются разработкой и созданием элементной базы наноэлектроники на основе квантовых приборов. В институте кристаллографии им. А.В.Шубникова проводят эксперименты по проектированию приборов наноэлектроники при помощи сканирующей зондовой микроскопии. Созданием на основе фуллеренов и нанотрубок элементов памяти занимаются такие институты ЦНИИРТИ. Это на сегодняшний день является одним из перспективных направлений. Также там разрабатываются новые поколения компьютерной памяти с плотностью информации ~1012 бит/см2 . Бит информации в данных устройствах определяется наличием или отсутствием молекулы фуллерена С60. Рассматриваются идеи создания элементов памяти на основе нанотрубок. Ряд, как западных, так и российских институтов занимаются этой проблемой. Магнитные запоминающие среды на основе комплекса фуллерен С60+ редкоземельный материал, сегодня исследуются в Санкт–Петербурге.  
В институте физики металлов УрО РАН совершенствуется методика и изготавливается опытное оборудование для сверхплотной записи, хранения и считывания информации на основе сканирующей туннельной микроскопии. В институте микроэлектроники (ИМРАН) также ведутся работы по созданию памяти на самоорганизующихся углеродистых наноструктурах.  
Полевые эмиттеры на основе углеродных нанотрубок могут использоваться для создания новых типов дисплеев с пониженным напряжением питания и уровнем энергопотребления. Также их использование возможно при производстве источников света (создание люминесцентных источников). Это направление развивается в институте радиотехники и электроники РАН, в частности в работах Ю.В.Гуляева, В.Ф.Елесина, Ю.П.Тимофеева. Использование нанотрубок, как полевых эмиттеров, перспективно в вакуумной микроэлектронике, имеющей существенное преимущество перед полупроводниковой по своей радиационной стойкости. Создание вакуумных эмиссионных схем утверждается в работах Гуляева Ю.В. В физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе проводится разработка по формированию металлических нанокластеров в среде с регулярной проводимостью и исследования протекания электрического тока и оптического поглощения в системе проводящих нанокластеров, с целью изучения возможности создания на их основе приборов и структур для одноэлектронной электроники. Там же проводятся разработки нанокомпозитов с упорядоченными структурами на основе двуокиси кремния и титана для применения в акусто- и оптоэлектроники. Сейчас наука приближается к теоретическому пределу по минимальным размерам традиционных биполярных и полевых приборов. Диоды и транзисторы на неосновных носителях зарядах в наноразмерных структурах работать не могут (нет условий для существования дрейфого заряда и протекания диффузионных процессов). Поэтому следующее поколение элементов электронной техники должно иметь принципиально новые технические решения, учитывающие тенденцию к миниатюризации и переход к наноразмерам. Параметры и возможности подобных устройств следующего поколения будут определяться, прежде всего, материалами, которые будут задействованы в их производстве. Подобные электронные элементы ориентированы на использование в качестве функциональных устройств отдельных атомов и молекул. Приборы на основе квантовых ям, фуллеренов и нанотрубок одноэлектронные транзисторы, транзисторы с резонансным туннелированием проектируются многими институтами и научными центрами. Туннельно–резонансные структуры, полевые и одноэлектронные транзисторы исследуются в МГУ.  
Полевые, в том числе одноэлектронные, транзисторы на нанотрубках, квантовых проводниках и других углеродных наноструктурах структурах разрабатываются ИМ РАН, Институте нанотехнологии независимого фонда конверсии, ЗАО "Авнгард–элионика", ФТИ им А.Ф.Иоффе РАН.  
Также, полевые нанотранзисторы и туннельно–резонансные структуры изучаются в институте проблем технологии микроэлектроники ( Дубровский Ю.В., Осипов Н.А.). В Санкт–Петербургском государственном университете Владимировым Г.Г. проектируются наноэлектронные активные элементы. Проблема управляемой сборки и ориентированного формирования нанотрубок рассматривается в ИМ РАН, СпбГЭТУ, ЗАО "Авнгард–элионика". Созданием одноэлектронных приборов занимаются в институте физики полупроводников СО РАН в Новосибирске (Неизвестный И.Г.). Энергия, передаваемая заряженными частицами атомам вещества, будет отличаться для атомов различной массы. Варьируя массу и энергию частиц падающего пучка можно добиться того, что больше энергии будет передаваться атомам с меньшей или большей массой. Это открыло возможность селективного удаления только лёгких или только тяжёлых атомов из двух и многоатомных соединений. В РНЦ “Курчатовский институт” ведутся разработки по созданию наноэлектронных элементов, при целенаправленном изменении электрических свойств с использованием эффекта селективного удаления атомов тонких плёнок двух или многостенных соединений пучком ускоренных частиц. Разработка полевых транзисторов с одно и многостенными нанотрубками, также является одним из ведущих направлений в отечественной науке. Конечно же, возможности для создания подобных приборов имеются только в исследовательских лабораториях. Потому что нерешённой и самой острой проблемой на сегодняшний день для всей наноэлектроники является проблема управляемой ориентированной сборки. Для успехов в этой области науки необходимо направить все усилия на разработку принципов построения наномеханических элементов и узлов, для манипуляторов и наносборщиков. Естественно, немалую проблему составляют проводники сверхмалых размеров. Поиск новых подходов в изготовлении проводов и точек с размерами менее 20 нм ведётся в институте проблем технологии микроэлектроники в городе Черноголовка. Оптические свойства и структура нанопористых полупроводников изучаются в институте общей физики РАН. Также синтез и фундаментальные исследования физических характеристик нанокристаллических полупроводников проводится в физико-техническом институте УрО РАН. Одним из перспективных направлений в развитии как наноэлектроники, так и наноприборостроения является исследование и создание туннельного датчика. В настоящее время в ОАО «Ангстрем» (г. Зеленоград) и ООО "Ангстрем Наноцентр" (Москва) ведутся работы по созданию акустического туннельного датчика. Успешное выполнение этой задачи во многом зависит от теоретического моделирования сенсора на начальном этапе его создания. Основная цель этой работы состоит в расчете электромеханических параметров сенсора и сравнении расчетных данных с экспериментальными результатами. Подобные датчики обещают иметь весьма небольшие размеры, кроме того, к их достоинствам относятся уникально высокая чувствительность и широкий спектр применений.