Б
Рис.
8
. Строение релаксационно-квантового транзи-
стора (PKT)
нополоски с двумя неоднородностями делают отросток, кото-
рый является базовым выводом транзистора (рис.
8
). Свобод-
ные концы нанополоски, по разные стороны неоднородности,
являются соответственно эмиттерным и коллекторным выво-
дами. В отличие от своего биполярного аналога, эта структура
униполярна (никаких дырок)! Из структуры данного транзисто-
ра следует, что он, как и КПТ, полностью обратим.
Практическое изготовление рассмотренных выше элемен-
тов осуществляется путем непосредственной атомной сборки
в специальных нанотехнологических комплексах, о которых мы
расскажем в одном из ближайших номеров. Здесь отметим
лишь то, что в отличии от микроэлектроники, здесь каждый
элемент КИС изготавливается индивидуально, а не за единый
технологический цикл.
Итак, при помощи нанотехнологических комплексов мож-
но создавать электронные элементы нанометровых размеров,
являющиеся аналогами дискретных и микроэлектронных про-
водников, диодов и транзисторов, работающих при низких пи-
тающих напряжениях. Какие же приемущества это дает?
Во-первых, при столь малых размерах элементов резко
повышается степень интеграции, что неизбежно приводит к
уменьшению масо-габаритных показателей радиоаппаратуры.
Разумеется, в разумных пределах - телефон размером с кре-
дитную карточку вряд ли кому-нибудь будет нужен (неудобно
пользоваться - другое дело пейджер), а вот если системный
блок компьютера можно будет запросто положить в карман -
это уже довольно неплохо!
Во-вторых, при индивидуальной атомной сборке каждого
отдельно взятого элемента КИС, процент выхода годной про-
дукции уже не будет, как в микроэлектронике, зависеть от чис-
ла элементов на подложке, а будет зависеть только от ста-
бильности структур после их изготовления. В любом случае
процент выхода годной продукции микроэлектроники на поря-
док хуже, нежели наноэлектроники. Благодаря этому, произ-
водство КИС уже в ближайшем десятилетии не будет по себе-
стоимости дороже производства современных сверхбольших
ИС (СБИС), ведь брак не бесплатен - он входит в стоимость
продукции!
В третьих, нельзя не отметить такое наиважнейшее свой-
ство КИС, как то, что при столь малых геометрических разме-
рах их элементы являются элементами с сосредоточенными
параметрами на частотах диапазона СВЧ и даже в начале
оптического диапазона. Это делает возможным применять в
этих диапазонах низкочастотные схемотехнические решения.
Так, по предварительным расчетам, проведенным как наши-
ми, так и зарубежными специалистами, граничная частота ко-
эффициента передачи по напряжению резисторного усилитель-
ного каскада на КПТ может достигать величин порядка 1 ТГц, а
на РКТ и 10 ТГц (один терра-герц - 10
12
Гц). Если практичес-
кое значение этой частоты оказывается даже на порядок хуже
расчетного, тем не менее это просто фантастический ре-
зультат - резко упращается построение СВЧ и оптических
усилителей!
КАФЕДРА
РЛ
В четветрых, существенно облегчается задача создания
оператвно-запоминующих устройств (ОЗУ) сверхвысокой ем-
кости [2]. Создание модулей ОЗУ емкостью более 10 мегабайт
по обычной технологии вызывает значительные технологичес-
кие трудности, связанные с необходимостью решения проти-
воречивых проблем минимизации размеров элементов и уве-
личения процента выхода годных, увеличения числа элемен-
тов и уменьшения времени выборки (т.е. времени, затрачива-
емого на считывание). Применение наноэлекгроники позволя-
ет разрешить первое противоречие тем, что изготавливаются
элементы минимально возможных, на уровне отдельных ато-
мов, размеров, а выход годных определяется только стабиль-
ностью структур после их изготовления. Вследствие малых раз-
меров квантовых интегральных элементов, ОЗУ будет иметь
также малую длину соединительных линий, а кроме того, ис-
пользование трехмерной интеграции позволяет уменьшить эти
размеры еще на один-два порядка. Время считывания инфор-
мации в квантовом интегральном элементе будет составлять
величину, определяемую быстродействием (скоростью пере-
ключения) только квантовой триодной структуры (квантового
транзистора). Использование квантового транзистора с длин-
ной интерференционных элементов в несколько десятков на-
нометров позволяет достичь быстродействия в доли пикосе-
кунды. В связи с этим, быстродействие элементов памяти не
будет являться одерживающим фактором. В настоящее вре-
мя лидирующие в области разработки интегральных микро-
схем фирмы начинают анализировать возможность создания
ОЗУ емкостью в 1 гигабайт. Для создания ОЗУ такой емкости
потребуется ориентировочно 10'° квантовых элементов. При
объеме одного элемента
10
нм
3
объем всего устройства со-
ставит
1013
нм3, что позволит разместить его в кубике с разме-
ром ребра порядка 20.
..50 мкм.
Время распространения сигнала в двухпроводной соеди-
нительной линии длиной
10
мкм, расположенной в металло-
диэлектрической (с е = 9) среде, составляет 0,1 пс. Поэтому,
принципиально возможно создать на основе квантовых интег-
ральных элементов ОЗУ емкостью в 1 террабайт с временем
выборки порядка
1
пс.
Наконец, в пятых (и это еще далеко не все возможности
наноэлектроники), работа со сверх низкими питающими напря-
жениями и токами, составляющими доли микроампер, позво-
ляет в будущем использовать в качестве источника энергии,
скажем, для пейджера или наручных часов, тепло человечес-
кого тела.
На этом мы, пожалуй, закончим рассказ о возможностях
наноэлектроники и в частности КИС. В одном из ближайших
номеров будет рассказано о нанотехнологии - которая и по-
зволяет творить описанные выше ‘'чудеса”. Любые теории в
отрыве от практики бессмыспены, тем не менее - нанотехно-
логия позволяет воплотить в жизнь рассмотренные выше
принципы.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ КП
Работа элементов КИС основана на проводимости регу-
лярных цепочек из близко расположенных небольших атом-
ных групп (кластеров) или нескольких параллельно идущих
атомных цепочек. Из квантовой физики известно, что при вве-
дении атомов примеси в подложку из неметалла или полупро-
водника в запрещенной зоне последнего (у любого вещества
есть ряд запрещенных для электронов дискретных энергети-
ческих уровней) появляется примесный уровень. Если же кла-
стеры примеси расположены достаточно близко и их волно-
вые функции (в квантовой физике их часто называют ^-функ-
циями) в значительной степени перекрываются (рис. 9), то в
запрещенной зоне появляется небольшая волноводная зона
проводимости (рис. 10). Это обуславливает возможность ис-
предыдущая страница 16 Радиолюбитель 2003-09 читать онлайн следующая страница 18 Радиолюбитель 2003-09 читать онлайн Домой Выключить/включить текст