خوش آمدید

جستجو

تبلیغات





نانوالکترونیک


    در سال ۱۹۵۶ گوردون مور بنیان‌گذار اینتل تحلیلی ارایه کرد که بر طبق آن هر ۱۸ ماه تعداد ترانزیستورهای بکار رفته در ریزپردازهای اینتل دو برابر می شود که نصف شدن ابعاد گیت ترانزیستورها با شرط ثابت بودن اندازه تراشه سیلیکونی در آن می‌تواند نتیجه این قوانین باشد. این قاعده به قانون مور موسوم شد. این نصف شدن در واقع پیام‌آور ابعاد اقتصادی بود یعنی هر چه گیت کوچکتر می‌شد ترانزیستور می‌توانست سریعتر سوئیچ کند و درنتیجه انرژی کمتری مصرف می‌شد بنابراین سایز ترانزیستورها هر 3 سال به طور متوسط 0.7 برابر کوچکتر شده است اما به دلیل قوانین مکانیک کوانتوم محدودیت تکنیک های ساخت ممکن است . از کاهش بیش از این از لحاظ اندازه در ترازیستورهای FET معمولی جلوگیری شود و در یکی دو دهه آینده با روش های متداول ساخت در ابعاد زیر 50 نانومتر متوقف شود به این ترتیب کوچک سازی عناصر مدارها تا به حد نانومتری حتی در اندازه مولکولی محققان را به سمتی سوق می دهد که در جهت افزایش قدرت و کارایی ترانزیستور ها خیلی بیشتر از حالت معمولی فعالیت می کنند دستگاههای نانومتری جدید می توانند در دو حالت سوییچ و آمپلی فایر ایفای نقش می کنند با وجود این بر عکس FET های امروزی که عمل آنها بر اساس جابه جایی اجرام الکترونها در حجم ماده می باشند دستگاههای جدید بر اساس پدیده مکانیکی کوانتومی عمل می کنند و در اندازه نانومتری ظاهر می شوند و تعداد بیشتری ترانزیستور در یک تراشه سیلیکون جای می گیرند . افزایش تعداد ترانزیستورها و بازدهی آنها، هزینه را کاهش می‌دهد بنابراین مقرون به صرفه‌ این بود که هر ترانزیستور تا حد امکان کوچکتر شود، این کوچک‌سازی بالاخره در نقطه‌ای متوقف می‌شد بنابراین برای ادامه رشد صنعت الکترونیک باید به فکر فناوریهای جایگزین بود،فناوری که مشکلات گذشته را حل کرده و توجیه اقتصادی داشته باشد و این بار نانو تکنولوژی بود که توانست به کمک الکترونیک بیاید و فناوری الکترونیک مولکولی یا همان نانو‌الکترونیک بنا نهاده شد.


    فن آوری نانوالکترونیک نقطه همگرایی علوم مختلف در آینده است. در این میان یکی از پرکاربردترین شاخه ها نانو الکترونیک می باشد. امروزه افزایش ظرفیت ذخیره داده، افزایش سرعت انتقال آن و کوچک کردن هر چه بیشتر وسائل الکترونیکی و به خصوص ترانزیستورها دارای اهمیت بسیاری است زیرا کوچک تر شدن ابعاد وسائل الکترونیکی علاوه بر افزایش سرعت پردازش، توان مصرفی را نیز کاهش می دهد و نانو الکترونیک می تواند در رسیدن به ابعاد هر چه کوچک تر راهگشا باشد. برای آشنایی بیشتر با این فن آوری و درک عمیق تر پدیده های گوناگونی که در ابعاد نانو متر روی می دهد و در نتیجه تحلیل دقیق نتایج و اصلاح اصولی روش های آزمایش، باید علوم پایه ای نظیر فیزیک کوانتوم و مکانیک کوانتومی و فیزیک حالت جامد مورد مطالعه قرار بگیرند.
     نانو تکنولوژی یک رشته وابسته به ابزار است ابزارهایی که به مرور در حال بهتر شدن است نانو تکنولوژی و شاخه‌های کاربردی آن مانند نانوالکترونیک درواقع تولید کارآمد دستگاهها و سیستم‌ها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانو است و بهره‌برداری از خواص و پدیده‌های نوظهوری است که در این مقیاس توسعه یافته است. صنعت الکترونیک امروزی مبتنی بر سیلیکون است سن این صنعت به حدود ۵۰ سال می‌رسد و اکنون به مرحله‌ای رسیده است که از لحاظ تکنولوژیکی، صنعتی و تجاری به بلوغ رسیده است. در مقابل این فناوری، الکترونیک مولکولی قرار دارد که در مراحل کاملاً ابتدایی است و قرار است این فناوری به عنوان آینده و نسل بعدی صنعت الکترونیک سیلیکونی مطرح شود. الکترونیک مولکولی دانشی است که مبتنی بر فناوری نانو بوده و کاربردهای وسیعی در صنعت الکترونیک دارد. با توجه به کاربردهای وسیع الکترونیک در محصولات تجاری بازار می‌توان با سرمایه‌گذاری و تامل بیشتر در فناوری نانو الکترونیک در آینده‌ای نه چندان دور شاهد سود‌دهی کلان محصولاتی بود که جایگزین فناوری الکترونیک سیلیکونی شده‌اند.
    اهداف:
    در دهه‌های اخیر شاهد پیشرفت‌های زیادی در زمینه افزایش قابلیت ذخیره اطلاعات روی حافظه‌ها و همچنین کاهش اندازه آن‌ها بوده‌ایم که نتیجه آن دو برابر شدن سرعت پردازش در عرض هر 18 ماه بوده است و این، انتظار تحولی عظیم در صنعت میکروالکترونیک را طی 15 سال آینده از نظر بنیادی و اقتصادی نوید می‌دهد. اکنون نیز تحقیقات ادامه داشته و هدف از آن تولید خواص نمونه و شکل ظاهری جدید و در نتیجه خلق نانوالکترونیک جدید است.
    کاربرد نانوالکترونیک در صنعت:
    با استفاده از این فناوری می‌توان ظرفیت ذخیره‌سازی اطلاعات را در حد ۱۰۰۰ برابر یا بیشتر افزایش داد که این نهایتاً به ساخت ابزارهای ابرمحاسباتی به کوچکی یک ساعت مچی منتهی می‌شود. ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یک ترابیت در هر اینچ مربع رسده، و این امر موجب ذخیره‌ سازی ۵۰ عدد DVD یا بیشتر در یک هارد دیسک با ابعاد یک کارت اعتباری می‌شود. ساخت تراشه‌ها در اندازه‌های فوق‌العاده کوچک به‌عنوان مثال در اندازه‌های ۳۲ تا ۹۰ نانومتر، تولید دیسک‌های نوری ۱۰۰ گیگابایتی در اندازه‌های کوچک نیز از دیگر محصولات آن می‌باشد.
    نمونه هایی از کاربرد فن آوری نانو در الکترونیک:
    ۱) نانو لوله های کربنی (carbon nanotubes)
    نانو تیوب ها دارای فرم لوله ای با ساختار شش ضلعی هستند. نانو تیوب ها را می توان صفحات گرافیتی فرض کرد که لوله شده اند. بر اساس محور چرخش صفحات نانو تیوب ها می توانند رسانا یا نیمه رسانا نیز باشند. به علت اینکه کربن با سه پیوند همچنان دارای یک اوربیتال خالی p می باشد، حرکت موجی الکترون ها به راحتی در سطح بیرونی این لوله ها صورت می گیرد.


    این ساختار کربنی علاوه بر رسانایی بالا دارای استحکام مکانیکی بسیار خوبی نیز می باشد . البته در کنار این مزایا مشکلاتی نیز وجود دارد. اغلب فرآیند های ساخت نانو تیوب ها به گو نه ای می باشند که امکان کنترل و نظارت کامل در طول فرآیند را برای شما امکان پذیر نمی کند . به عنوان مثال تعیین قطر دقیق و یکسان برای لوله های کشت شده در یک محیط، کنترل تولید نانو لوله های تک دیواره و یا چند لایه و یا ساخت نانو لوله های مستقیم و بدون خم شدگی با طول زیاد از مسائلی است که هنوز در فرآیند بهبود کیفیت تولید نیاز به مطالعه و تحقیقات بیشتری دارد. همچنین به علت پدیده تونل زنی الکترون که یک پدیده کوانتومی است امکان افزایش نشتی جریان و در نتیجه افزایش تلفات وجود دارد که بررسی روش های کاهش احتمال تونل زنی از جمله کارهایی است که می توان انجام داد. از کربن نانو تیوب هابه دلیل رسانایی بالا و مقاومت کم در دمای محیط در ساخت کانال هدایت ترانزیستورها، نوک میکروسکوپ های عکسبرداری در ابعاد نانو استفاده می شود.
    2 ) نانو ترانزیستورها (nanotransistors)
    طبق قانون مور( MOORE Law) تعداد ترانزیستورها در واحد سطح تراشه های الکترونیکی در هر بازه 10 تا 18 ماهه دو برابر می شود. نام فن آوری رایج امروز در ساخت ترانزیستورها، MOSFET می باشد که بر پایه استفاده از سیلیکون است. کوچکتر شدن ابعاد ترانزیستورها در MOSFET دارای مشکلاتی است که از جمله آن نشتی های جریان متفاوتی است که ایجاد می شود. یکی از روش های حل این مشکل ساخت تراتزیستورها با استفاده از نانو سختارها و به خصوص نانو تیوب ها می باشد.
    3 ) محاسبه گر ها در مقیاس نانو ( nanocomputers)
    امروزه در زمینه های مختلف از جمله فن آوری نانو پیوند میان رشته های مختلف علوم امری انکار ناپذیر به حساب می اید . از جمله نتایج این همکاری طراحی نانو محاسبه‌گرها می باشد. هیدرو کربن های آروماتیک از ریشه بنزن به علت وجود اوربیتال های p و ابر الکترونی در بالا و پایین آنها و همچنین پدیده رزونانس می توانند محیط انتقال خوبی برای الکترون باشند و بر عکس هیدروکربن های زنجیری مانند نارسانا عمل می کنند. از به هم پیوستن این هیدروکربن ها با هم می توان دیود، گیت های منطقی و مدارهای الکترونیکی را تشکیل دهند .
    4 ) MRAMها ( Magnetic Random Access Memories )
    فن آوری های روز حافظه ( RAM, Flash Memory, …) مشکلات متعددی را برای مصرف کنندگان آنها به وجود آورده است که به عنوان نمونه می توان به سرعت پایین خواندن و نوشتن روی Flash Memories و EEPROM و یا محدودیت اقتصادی افزایش فضای RAM اشاره نمود . MRAM یک فن آوری حافظه پایدار می باشد که علاوه بر سرعت بالا می تواند ظرفیت حافظه بالایی را نیز برای شما  فراهم کند. اساس کار MRAM بر پایه تفاوت مقاومت الکتریکی لایه های نازک مواد بر اثر قطبیده شدن ذرات آنها در راستاهای متفاوت می باشد؛ که به مقاومت مغناطیسی موسوم است. چون سلول های حافظه MRAM بر پایه ترانزیستور عمل نمی کنند پس در ابعاد کوچک مشکلاتی نظیر تونل زنی رخ نخواهد داد و می توان سلول های حافظه MRAM را تا ابعاد نانو کوچک کرد.
    5 ) C60
    از جمله نانو ساختارها که حتی نسبت به نانو لوله های کربنی دارای مزایای بیشتری نیز می باشد C۶۰ است. C۶۰ از ۱۲ پنج ضلعی و ۲۰ شش ضلعی تشکیل شده که به شکل متقارنی در کنار هم قرار گرفته اند.


    مولکول های C۶۰ در محلول های بنزن یافت می شوند که با عمل تبخیر قابل استحصال می باشند. انواع ترکیبات C۶۰ با فلزات، نظیر K۳C۶۰ ، Cs۲RbC۶۰، که در آنها فلز فضای خالی درون C۶۰ را پر می کند دارای خاصیت ابر رسانایی در دماهای نسبتاً مناسب را دارا هستند ؛ البته تحقیقات برای دستیابی به ترکیباتی با خاصیت ابررسانایی در دماهای بالاتر همچنان ادامه دارد. کاربرد دیگر C۶۰ استفاده از آن به عنوان گیت های منطقی است. با لیتوگرافی طلا روی یک سطح سیلیکونی و عبور جریان از سیم های طلا یک صفحه مشبک ایجاد می شودکه فاصله بین اتصالات آن در حدود نانو متر است. محلول رقیق C۶۰ را بین اتصالات قرار می دهند به طوری که در هر فاصله یک C۶۰ قرار گیرد. با برقرار شدن جریان در سیم های طلا C۶۰ به علت یک پدیده کوانتومی شروع به نوسان می کند و به همین علت جریان در زمان های معینی بر قرار می شود از این خاصیت می توان در طراحی گیت های منطقی بهره نمود . 
    تفاوت اساسی میان تکنولوژی ULSI و نانوتکنولوژی :
     تفاوت اساسی میان تکنولوژی ULSI و نانوتکنولوژی تفاوت میان روش پیاده سازی “بالا به پایین ” و ” پایین به بالا “برای تولید یک محصول است در روش بالا به پایین مساله اصلی هزینه بسیار زیاد کوچک تر کردن ابعاد ترانزیستورها با روش لیتوگرافی است ، در حالی که هدف اصلی تکنولوژی ULSI کاهش هزینه ها بر بیت در حافظه ها و هزینه بر سوییچ در مدارات منطقی بوده است. از آن سو در روش پایین به بالا انتظار می رود که با استفاده از روش های پیچیده شیمیایی و طراحی مولکولی بتوان بلوک های پایه سیستم را پیاده سازی کرد .اما مساله اصلی یکنواختی و قابلیت اطمینان سیستم در مقیاس وسیع است . اگر بتوان معماری فعلی مدارات مجتمع را بر اساس روش پایین به بالا و با قابلیت اطمینان بالا پیاده کرد ، نانو تکنولوژی اهمیت فوق العاده در توسعه صنعت IC پیدا میکند.
    در تکنولوژی ULSI از آنجایی که کارآمدی سیستم مورد نظر است بیشترین درجه آزادی در طراحی سیستم و سپس طراحی مدار وجود دارد ، لذا فرآیند ساخت و ادوات نیمه هادی مثل ترانزیستورها کمترین تنوع را دارند . متقابلا در نانو تکنولوژی بلوکهای پایه متنوعی با کارآمدی بالا وجود دارند در حالی که معماری سیستم وارتباط بین بلوک ها به خوبی در نظر گرفته نشده است .به هر حال دو روش برای توسعه نانو الکترنیک متصور است . روش اول آن که نانو تکنولوژی با تکنولوژی موجود ULSI ترکیب شود . تلفیق رشته هایی مثل بیوتکنولوژی و الکترونیک ترکیب بازار صنعت داروسازی و صنعت نیمه هادی و نهایتا پیاده سازی سیستم های مجتمع که از مواد و اجزا متنوعی تشکیل شده اند از نتایج این روش به شمار 
    می ایند. روش دوم آن که نانوتکنولوژی جایگزین تکنولوژی ULSI شود .این در صورتی مقدور خواهد بود که بتوان سیستم های فعلی را با کارکرد بهتر و قیمت پایین تر به روش پایین به بالا پیاده سازی کرد. 
    نتیجه: 
    آنچه که مسلم است، الکترونیک مولکولی دارای آینده‌ای درخشان است و با آهنگ بسیار سریعی در حال رشد و تکامل است. از این رو توجه خاصی را می‌طلبد . نتایج عملی رشد و توسعه شاخه‌های نانوتکنولوژی مانند نانوالکترونیک سبب ساخت تجهیزاتی خواهد شد که در مقایسه با گذشته اختلاف فاحش داشته و نسل کاملاً جدیدی با قابلیت‌های منحصر به فرد خواهد بود . نانو لوله‌ها و DNA به عنوان دو ابزار کارآمد در تولید محصولات نانوالکترونیک از اهمیت خاصی برخوردارند، ولیکن در این میان DNA به دلیل داشتن خواص محلی و وجود آن در بدن موجودات زنده از اهمیت بیشتری برخوردار است . نانوتکنولوژی و شاخه‌های کاربردی آن در علوم مختلف مانند نانوالکترونیک به عنوان پدیده‌هایی نوظهور هنوز قبل از تجاری سازی محصولاتشان، احتیاج به پیشرفت در هر دو زمینه علمی و تکنولوژیکی را دارد. با توجه به اینکه هم‌اکنون برخی از محصولات این فناوری در بازار وجود دارد پیش‌بینی اینکه کدامیک از محصولات آینده بهتری دارند (از نظر رقابتی) نیاز به بررسی بیشتر شاخصهای این فناروی در بخشهای 
    صنعت و زیرمجموعه‌های این فناوری دارد .

    کارهایی که باید در راستای پیشرفت این علم انجام شود:

    نانو الکترونیک زمینه گسترده‌ای با پتانسیل ایجاد تغییرات بنیادی در علوم مختلف حتی در پزشکی است و انجام کارهای زیر برای پیشبرد آن می‌تواند مفید باشد:

    1.  فهم اصول انتقال در مقیاس نانو
    2.  گسترش فهم هرچه بهتر روش‌های خودچیدمانی(self assembly) ذرات برای انجام کارها به صورت ارزان‌تر، که این خود مستلزم حل مشکلات ارتباطی و جایگزینی در ترانزیستورهاست

    این مطلب تا کنون 13 بار بازدید شده است.
    منبع
    برچسب ها : نانو ,الکترونیک ,تکنولوژی ,ابعاد ,ساخت ,صنعت ,تکنولوژی ulsi ,نانو تکنولوژی ,نانو تیوب ,پیاده سازی ,وجود دارد ,
    نانوالکترونیک

تبلیغات


    محل نمایش تبلیغات شما

پربازدیدترین مطالب

آمار

تبلیغات

محل نمایش تبلیغات شما

تبلیغات

محل نمایش تبلیغات شما

آخرین کلمات جستجو شده