КВАНТТЫҚ СҰРАҚТАР
Нанотехнологияның ғажайыптылығы жүйенің компаненттерінің өлшемдерінің азайтылуында ғана емес. Ғалымдар кішкене өлшемдерінің азайтылуында ғана емес. Ғалымдар кішкене өлшемдердің көмегімен жартылай өткізгіштер электроникасының жаңа сандық деңгейіне шығу және процессорлардың мүлдем жаңа буынын жасауға үміттеніп отыр.
Шынымен де, нанотехнологиялар молекулярлық деңгейде таң қаларлықтай нәтижелер алуға жағдай туғызады. Біртұтас материалды нанобөлшектерге бөлу беттік қабаттың ауданын миллиондаған есе арттыруға мүмкіндік береді. Беттік қабаттың ауданы үлкейген сайын жоғары реакциялық қабілеттілік артады. Наноматериалдар өздерінің біртұтас массивті аналогтарымен салыстырғанда жылдамырақ балқиды, тұтанады және абсорбйиялайды. Мысалы, алтын кесегінің массивті химиялық инертті болып келеді, ал алтынның наносақинасы канализатор сияқты жұмыс істейді.
Инерттілік әлсіз химиялық белсенділікті немесе белсенділіктің мүлдем жоқтығын көрсетеді.
Кейбір материалдардың өлшемдері (жарықтың толқын ұзындығынан аз) кішірейген сайын мөлдірлене бастайды. Осы әсердің арқасында ғалымдар жарықты кремний сияқты, мөлдір емес материалдар арқылы бере алатын болды. Ал басқа материалдар аса берік бола бастайды. Мысалы, көміртекті нанотүтікшелердің беріктілігі мен серпімділігінің өте жоғары болу себбі, олардың атомарлық құрылысы алмаздың атомарлық құрылысына сәйкес келуіне байланысты.
|
|
|
Алайда наноәлемде әлі де көптеген ашылмаған жұмбақтар бар. Мысалы, наноматериалдар Ньютонның механика заңдарына бағынбайды. Іс жүзінде нанодеңгейде кванттық механика заңдары үстем болатыны белгілі.
Кванттық механика (толқындық механика, матрицалық механика) - қозғалыстың кванттық заңдарын сипаттайтын теориялық физика бөлімі.
Физиканың бұл бөлімі заттың атомарлық және ядролық деңгейдегі тәртібін сипаттайды. Бұл деңгейлерде энергия, импульс және басқа қасиеттер үздіксіз емес, макроскопиялық деңгейдегі сияқты дискретті, яғни бөлінбейтін бөлік немесе кванттар түрінде өзгеріп отырады.
Ньютонның механика заңдары планеталар қозғалысы мен баскетбол добының ұшу траекторияларын, ал кванттық механика заңдары молекула, атом және наноәлемнің басқа да обьектілерінің тәртібін сипаттайды. Ньютон механикасы атомдардың тұрақтылығы, жоғарыаққыштығы және жоғары өткізгіштік сияқты құбылыстарды да толық түсіндіре алмайды.
|
|
|
Кванттық механиканың болжамдары ғасырдан астам уақыттан бері тәжірибе жүзінде дәлелденіп келеді. Кванттық механика классикалық механикамен салыстырғанда, шындығында ғажап құбылыстарды түсіндіре алады. Бәрінен бұрын, бұл корпускулалық- толқындық дуализм (нанообьектілерде толқындар мен бөлшектерге тән қасиеттердің болуы) және кванттық шырмалу (бір жүйенің шамаларының екінші басқа жүйелерге әсері)
Кванттық механика – заманауи және болашақ электрониканың негізі. Оның заңдарын жаңа нанотехнологияларды жасауға қолданылу болашақтағы сәттілікке кепілдік береді.
ТРАНЗИСТОРЛАР
1948 ж. Bell Telefone Laboratories компаниясында жұмыс істейтін америка физиктері Джон Бардин (John Bardeen), Уолтер Х. Браттэйн және Уильям Шокли (William Schokley) транзистор ойлап табылғаны туралы хабарлама жазады. 1956 ж. Олар физика бойынша «Жартылай өткізгіштерді зерттегені және транзисторлық эффектіні ашқаны үшін» Нобель сыйлығын алды. (Іс жүзінде бір мезетте және бұл авторларға тәуелсіз Париждегі Westinghouse компаниясының лабораториясында жұмыс істейтін неміс ғалымдары Герберт Матар (Herbert Matare) мен Хайнринх Велькер (Heinrich Welker) транзисторларды ойлап шығарған) Сонда бері транзисторлардың көптеген түрлері жасап шығарылған.
|
|
|
Бардин өз қызметтестері Леон Н. Купер және Джон Р. Шриффермен мірге 1972 жылы «Жоғарыөткізгіштік теориясын жасағаны үшін» физика бойынша Нобель сыйлығын алған кезде, осы күрделі ғылым аймағындағы өзінің бірегейлігін көрсетті. Бұл кітапты жазу кезінде Бардин Нобель сыйлығының екі мәрте лауреаты болған жалғыз ғалым.
Наноэлектроника негіздерін түсіну үшін компьютердің жұмыс істеу принципі туралы базалық мәліметтер алу керек. Транзистор электронды дабылдардың реттеушісін электровакумды шамға алмастырды. Электровакуумды шамдармен салыстырғанда транзисторлардың біраз артықшылығы бар, мысалы,кішкене өлшемімен, төзімділігінің жоғарылығымен, арзандығы мен және беріктілігімен ерекшеленеді. Алғашқы транзисторлар металдармен қштастырылған керамикалық корпустан тұратын кішкене бөлшек түрінде болған. Мұндай транзисторды электрлік сызбаның қажетті орнына дәнекерлеп қондырған. Ұқсас оқшауланған транзисторлар бүгінгі күннің өзінде де қарапайым сызбаларда пайдаланылады және көбінесе күрделі интегралданған микросхемалардың ажырамас бөлігі болып саналады. Транзисторлар барлық дерлік электронды құрылғыларда: компьютерлер, радиоқабылдағыштар, ғаламдық позиционирлеу, космостық және т.б. жүйелерде қолданылады.
|
|
|
Транзисторлар – екі электродты тізбектегі тоқты үшінші электрод басқаратын жартылай өткізгіш электронды құрал.
Транзистор жартылай өткізгіш материалдың үш қабатынан құрылған. Жартылай өткізгіш – бұл шарттарға байланысты электр тоғын әртүрлі өткізетін материалдар. Жартылай өткізгіш жоғары температурада электр тоғын металдар тәрізді өткізеді, мысалы, мыс. Ал, төменгі температурада резина тәрізді оқшаулағыш болып келеді. Жартылай өткізгіштердегі электрондардың қозғалысы оның электрондық құрылысымен анықталады.
Жартылай өткізгіштер - бұл меншікті өткізгіштіктері өткізгіштер мен диэлектриктер арасында орналасқан және өткізгіштерден меншікті өткізгіштік пен қоспа концентрайиясы және сыртқы шарттарға (температура, ұсақтау және т.б.) қатты тәуелді болуымен ерекшеленеді.
Қатты денелі электроникада жартылай өткізгіш элемент ретінде кремний мен германий қолданылады. Олардың атомдарының төрт валентті электрондары (басқа атомдармен байланыс түзуге қабілетті электрондар) бар. Температура өзгерген кезде германийде бос электрондар саны артады да, ол өткізгішке айналады. Жоғары температурада да пайдаланыла алатындықтан кремний бұл жағынан әмбебап болып келеді. Жартылай өткізгіштер жарық немесе электр тоғының әсерінен өткізгішке немесе оқшаулағышқа айналады.
Жартылай өткізгіштерді жасау легирлеу, яғни негізгі материалға кейбір заттарды химиялық қосу операцияларынан тұрады. Легирлеуден кейін негізгі материалда атомдардың біршама мөлшері пайда болады. Олардағы валенттік электрон саны 5 болса, онда n-типті жартылай өткізгіш немесе бос электрон саны 3 болса - p- типті жартылай өткізгіш түзіледі. Транзистор, әдетте, өш қабатты «бутербродтан» тұрады: p- типті бір қабат n-типті екі қабаттың арасында орналасады немесе керісінше n-типті бір қабат - p- типті екі қабаттың арасында орналасады. Бұл қабаттар толығырақ төменде сипатталады.
Мұндай «бутербродтың» ішкі қабатындағы кернеуді аз ғана өзгертсе, барлық транзистордағы электр тоғының шамасы өзгеріске өшырайды. Сонымен транзистор жылдам электр тоғын аударғыш ретінде жұмыс істейді. Заманауи компьютерлерде металл - оксид - жартылай өткізгіш типті құрылым негізіндегі транзисторлар қолданылады. Осындай микроскопиялық құрылым - транзисторлардың өте көп мөлшері микрочипті құрайды.
Литография
Стандартты кремнийлі микропрцессорлы технология жақында өзінің физикалық шегіне жететін болады. Болашақ микропроцессорлар жасау үшін жаңа технологиялар табуға тура келеді.
Бүгінгі таңда микропроцессорлар жасау үшін литография қолданылады. Бұл технология фотографияны басып шығару принципіне, яғни жарықтың әсерінен электр сызбасы көрінісінің кремний табақшасына процирленуіне негізделген. Микропроцессордың интегралды сызбасын жасау үдерісі басрысында маска фотопленка рөлін атқарса, кремнийлі табанша - фотоқағаз рөлін атқарады. Жарық маскадан өтеді де, бірнеше линзаның көмегімен оның суреті микроскопиялық мөлшерге дейін кішірейеді және кремнийлі табаншаға түсіріледі.
Табаншада жарықтың әсерінен қататын, аса сезімтал қабат фоторезист орналастырылған. Жарық (мысалы, толқын ұзындығы 248 нм болатын ультракүлгін) маска арқылы өтіп, табаншаға түскенде маскамен қорғалмаған фоторезист бөлігі қатады. Ал қалған бөлігі сумен жылдам жуылып кетеді. Үдеріс жіңішке электросызба, яғни уландырылған жолдардан тұратын қажетті өрнек пайда болғанға дейін қайталанады.
Сонымен, толқын ұзындығы 248 нм болатын жарықтың әсерінен ені 200 нм болатын жолақтары бар сызба алуға болады. Заманауи компьютерлерде миллиондаған транзисторлары бар жүздеген микропроцессорлар пайдаланылады. Микропроцессорларды өндіруші компаниялар, мысалы, Intel – микропроцессордағы транзисторлардың тығыздығын арттыру үшін олардың мөлшерін кішірейтуге тырысуда.
Литографияның маңызды факторларының бірі жарықтың толқын ұзындығы болып табылады. Толқын ұзындығы қысқарған сайын, электро сызбаның табаншасында өңделген элементтер (жолақтар) кішілеу болады және транзисторлардың тығыздығы артады. Осы себептен Intel Pentium 4 процессоры 42 млн транзистордан, ал Intel Pentium 3 процессоры 28 млн тұрады.
Литография - бұл мағынасы бойынша электросызбанұсқаның сызуын табаншаға түсіру технологиялық үдерісі. Бұл үдерістің жетістіктері мен кемшіліктері электросызбаның шығымы мен құны арқылы анықталады. Литографияға масканы жасау, экспозициялау, жағу және фоторезисті жуу өңдеу және т.б. сатылар кіреді. Осы сатылардың кез – келгені қысқарту немесе өнімділігін арттыру арқылы жасалған сызбалардың құнын төмендетуге болады.
Заманауи кремнийлі чиптар өте қысқа толқын ұзындықтары бар ультракүлгін жарықтың әсерінен жасалады. Бүгінгі таңда литографияны толқын ұзындығы 10 - 15 нм болатын экстремалды ультркүлгін жарықты пайдалана отырып алу мүмкіншілігі зерттелінуде. Оның көмегімен микропроцессорлардың күштілігі 100 есе жоғарылайтындай транзисторлар тығыздығын арттыруға болады. Кейбір ғалымдар бұл мәселе 2010 жылы шешіледі деп есептеліп отыр.
Фотолитография немесе литография – бұл микроэлектроника мен полиграфияда кеңінен қолданыс тапқан материалдың жұқа пленкасында сурет алу әдісі. Суретті ашу үшін белгілі бір толқын ұзындығы бар жарық пайдаланылады және бұл кездегі сурет бөлшектерінің минималды өлшемі толқын ұзындығының жарты шамасымен шектеледі.
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 1; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!