Сегодня мало кто может представить себе любое, даже самое простейшее электронное устройство без интеграль-
ных схем (ИС), включающих в себя сотни тысяч транзисторных усилительных и (или) ключевых каскадов. Переход от
построения радиоаппаратуры на дискретных элементах (лампах, транзисторах) к интегральным схемам позволил резко
уменьшить массо-габаритные показатели радиоаппаратуры при том же или лучшем ее качестве (например, допотопная
ЭВМ в 60-е годы занимала целый зал, а сколько бы места потребовалось для ЭВМ современного уровня, даже вообразить
страшно). Этот переход, начавшийся в далеких 60-х, позволил на сегодняшний день строить любые радиоэлектронные
устройства практически без использования дискретных элементов. Последние применяют только там, где невозможно
использовать ИС, т.е. в наиболее мощных усилительных, генераторных и переключающих каскадах.
Современные процессоры содержат миллионы транзисторов, работают с высокими скоростями, и все благодаря дос-
тижениям микроэлектроники. Однако, увы, ее возможности не безграничны. Наша бурно развивающаяся действитель-
ность непрерывно требует увеличения скорости обмена данными и увеличением объема запоминающих устройств (ЗУ). На
сегодняшний день, благодаря развитию оптоэлектроники - разработке малогабаритных инжекционых лазеров, фотопри-
емников, оптоволокна - по всей видимости можно достаточно быстро решить пробпему увеличения пропускной способно-
сти шин передачи данных. Однако это никоим образом не приведет к увеличению скорости обработки этих данных (а при
увеличении скорости шины потребуется увеличивать и скорость работы процессора), ни тем более к увеличению объема
ЗУ. Для достижения этих целей необходимо увеличивать быстродействие ИС и степень интеграции, а, следовательно,
нужно уменьшать геометрические размеры базовых элементов схемотехнических единиц (транзисторов, резисторов и
т.п.). Сегодня минимальные размеры этих базовых элементов составляют порядка десятых долей микрометра. Дальней-
шее уменьшение этих размеров связано с непреодолимыми сложностями, которые заключаются в следующем:
1) С уменьшением размеров элементов ИС резко усложняется процесс фотолитографии - технологически сложно изго-
товить фотоматрицу.
2) Резко уменьшается процент выхода годной продукции, который уже сегодня не превышает единицы процентов.
Связано это, прежде всего, с необходимостью точного позиционирования фотоматрицы, что при таких размерах весьма
затруднительно.
3) При субмикронных и меньших размерах элементов начинают проявляться их квантовые свойства, что принципиаль-
но не заложено в принцип работы этих устройств.
4) При столь малых размерах свойства элементов ИС начинают проявлять вероятностный характер. Более того, это
приводит к разбросу параметров отдельных элементов ИС в широких пределах, что сводит на нет все преимущества их
группового изготовления.
ЧТО ТАКОЕ
НАНОЭЛЕКТРОНИКА?
В отличие от микроэлектроники, наноэлектроника подра-
зумевает использование структур (базовых элементов) нано-
метровых (10
‘9
м) размеров. Очевидно, что при построении
таких ИС необходимо использовать иные принципы их реали-
зации, нежели чем при микроэлектронном исполнении. При
проектировании схемотехнических единиц на таких элементах
обязательно необходимо учитывать их квантовые свойства.
Ввиду этих свойств элементы наноэлектронных схем обычно
называют интерференционными элементами (ЭИ), а ИС, по-
строенные на них - квантовыми интегральными схемами (КИС).
КИС - одно из наиболее перспективных направлений в элект-
ронной промышленности. По прогнозам ученых, примерно к
2015 году наноэлектронные схемы будут активно использовать-
ся во многих областях электроники и вычислительной техники.
Все базовые элементы КИС (в том числе и триодные струк-
туры - аналоги полупроводниковых транзисторов) строятся на
базе квантовых проводников (КП), представляющих собой со-
вокупность нескольких параллельно расположенных цепочек
из атомов электропроводящего вещества, нанесенных на под-
ложку из неметалла или полупроводника
(рис. 1).
В случае
достаточно близкого расположения элементов этих цепочек
(атомов), такая полоска обладает проводимостью. Если гео-
метрические размеры такой нанополоски не превышают со-
тен ангстрем (один ангстрем равен Ю
10
м), то прохождение
электрического тока через нее не сопровождается рассеяни-
Рис. 1. Внешни вид квантово-
го проводника(КП)
• • • • • •
• • • • • •
• • • • • •
• • • • • •
ем энергии электронов из-за столкновений друг с другом и вза-
имодействия с кристаллической решеткой подложки. В этом
случае сопротивление однородной полоски зависит от контак-
тного сопротивления (примесь - подложка) одной атомной це-
почки (оно составляет примерно 13 кОм) и количества парал-
лельно идущих цепочек. Подробнее физические основы рабо-
ты КП приведены в приложении.
В отличие от дискретных проводников и резистивных со-
противлений,
КП
не является линейным элементом. На
рис. 2
приведены вольт-амперные характеристики нескольких
КП
V
Рис. 2. Семейство ВАХ для нескольких КП разной
ширины
предыдущая страница 14 Радиолюбитель 2003-09 читать онлайн следующая страница 16 Радиолюбитель 2003-09 читать онлайн Домой Выключить/включить текст