Главная
    Русские интернет-кафе
    Смерть в Интернете
    Находки
    Мои книги
    Статьи, Обзоры, Стихи
    Реальная жизнь



    Нано и дзен



    Опубликовано в Veer.info в ноябре 2001 года.
    Андрей Травин

В 1977 году американcким студентом (в настоящее время - профессором) Дрекслером было придумано слово "нанотехнология" для гипотетической сборки полезных объектов из молекулярных цепочек. Их характерным размером должна была стать одна миллиардная доля метра - нанометр. А уже в 1990 году за рубежом вышел первый номер толстого журнала "Нанотехнология".

Такой переход от утопии к практике произошел, благодаря изобретению в восьмидесятых годах сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Его рабочий орган - металлическая игла, сканирующая поверхность с точностью нескольких ангстрем. К игле приложено напряжение, и когда она приближается на расстояние этих нескольких ангстрем, электроны начинают туннелировать через зазор. Таким образом, острота "зрения" такого микроскопа определяется не только остротой иглы, но и большой чувствительностью туннелирования к ширине зазора. Обратная связь удерживает иглу на высоте, обеспечивающей постоянство тока. Компьютер преобразует движение кончика иглы в цветную карту поверхности, на которой видны атомы, нарисованные на экране дисплея.

Увиденная в первый раз подобная картина может вдохновлять и удивлять, как изображение человека, похожего на Христа, полученное на экране дисплея при анализе сканирования поверхности туринской плащаницы. Но в дальнейшем эти картинки, как правило, лишь рабочее средство контроля.

В древнеиндийском учебнике любви "Кама-сутре" написано: "Настолько лишь простирается действие наук, насколько слабо чувство в людях. Когда же начинает вращаться колесо наслаждения, то нет уже ни науки, ни порядка". Перефразируя древний трактат, можно сказать: настолько простирается действие наук, насколько слаба чувствительность ее приборов, а где нет возможности опыта, недостаточно и науки и порядка.

Хотя теоретиками последние пятьдесят лет разрабатывались приборы, основанные на квантовых эффектах, перспективный для этого инструмент - СТМ - зарубежная наука получила только в 1982, а отечественная - в 1986 году.

В то время микроэлектроника оправдала свое название, споткнувшись на минимальной ширине структуры в один микрон (В 90-е годы Intel и Samsung перешли к субмикронной полупроводниковой технологии, но пока не удалось выраваться даже на рубеж 0,1 мкм). А в конце восьмидесятых был представлен резонансно-туннельный диод - прибор огромного быстродействия, созданный традиционными методами микроэлектроники, но уже квантовый, работающий за счет особой формы энергетических зон. Он представляет собой структуру с вертикальным переносом носителей тока и характеризуется значительными размерами в плоскости и очень малой толщиной слоев (сотни ангстрем). В принципе, являясь примером квантово-туннельного прибора, такие приборы не решают проблемы повышения интеграции интегральных схем.

Не знаю, кто придумал слово "наноэлектроника", но во второй половине восьмидесятых имелись, как этот термин, так и исполнимые теоретические модели приборов. И когда перспектива создания электронных устройств нового поколения (сверхбыстрых и сверхминиатюрных) стала реальной, очередная конференция по нанотехнологии, состоявшаяся в США летом 1990 года, приняла по этому поводу специальное обращение. Оно сразу было переведено на русский язык, но до сих пор не опубликовано, и существует лишь в самиздате, как в прежние годы какой-нибудь манифест диссидентов-правозащитников. Суть этого обращения в том, что на основе нанотехнологии появилась возможность создать "думающее" оружие. Поэтому ученые призывали снять существовавшую завесу секретности с любых работ в этой области.

Я не склонен предполагать, что действительно происходит свободный обмен информации в этой сфере. Но сам не намерен делать тайны из того, как должно, по-видимому, происходить развитие отечественной наноэлектроники, удовлетворяющей требованиям максимальной универсальности и доступности.

Основой структур станут сверхтонкие пленки толщиной десятки нанометров, полученные на серийном оборудовании. Основным инструментом локального воздействия с нанометровым разрешением станет СТМ, малопроизводительный и выполняющий небольшое число операций, ибо его игла движется немногим быстрее чем скользит по бумаге перо борзописца. А основная часть схемы выполняется методами микроэлектроники. Это удобно с точки зрения согласования в одном сложном устройстве приборов, работающих на квантоворазмерных принципах и на обычных p-n переходах. Как слишком сложная для производства, останется в стороне от этого магистрального пути эффектная поатомная сборка.

Главной целью должно стать создание элементной базы сверхбыстродействующих радиоэлектронных средств, а не деформационные нанометровые образования, перспективные лишь в области постоянных запоминающих устройств. То есть в первую очередь нужно создать плоский резонансно-туннельный диод. Королевский гамбургер из семи расположенных друг над другом слоев надо превратить в сэндвич из маленьких клеточек на изолирующей подложке.

Один из вариантов его технологии может быть таким: на подложке обычными методами из аморфного кремния формируются структуры в виде узкого "мостика". С помощью СТМ, выделяющего газ из иглы, гравируются две канавки шириной и расстоянием между ними в несколько нанометров, которые заполняются материалами, подходящими для создания барьеров. Основное "ноу-хау" такой технологии - программное обеспечение. Кроме обработки изображений, управляющий пакет предусматривает обеспечение следующих режимов в диапазоне от 1 мкм до атомного: просмотр профиля структур, проведение локальных химических реакций и опознание атома, находящегося под иглой.

Закончить мне хочется цитатой из Джина Хьюстона: "Миниатюризация оказывает важное воздействие на личность и культуру, ведь если машины малы и не портят окружающий пейзаж, то можно вновь прислушаться к словам ветра и читать великий замысел Единосущего, запечатленный в коре деревьев, ощутить ритмы, пробуждающиеся в кончиках собственных пальцев...". Остается слабая надежда, что миниатюризация даст возможность человеку перейти от потребительских ценностей к творческим.


Послесловие из XXI века

На цитате Хьюстона как раз и кончался данный текст, написанный мной летом 1992 года для третьего номера питерской газеты "Технополис". К сожалению, второй номер названной газеты оказался последним, и в результате эта статья была опубликована на бумаге только в 1995 году в журнале "Софт-Маркет Review" (в электронном виде - публикуется впервые). За время, прошедшее со времени ее написания, она не устарела, но, скажем так, не обнаруживает достаточных публичных подтверждений. Если судить по новостям, которые просачиваются в научно-популярную прессу, то все достижения в этой области связаны либо с молекулярной наноэлектроникой, либо с созданием электронных устройств на базе углеродных нанотрубок. Последние - тоже полимерные системы, однако я выделяю эти своеобразные цилиндрические молекулы (диаметром от половины нанометра и длиной до нескольких микрометров) в отдельное направление, потому что уже в новом веке ученым из IBM удалось найти способ точного позиционирования транзисторов на нанотрубках. А это открывает дорогу промышленному производству интегральных схем наноэлектроники (причем планарная технология, описанная в моей заметке, превращается отчасти в объемную). Успешное использование нанотрубок означает достижение теоретической плотности записи информации порядка одного бита на молекулу. И это хорошо. Но нигде при этом не упоминается СТМ как один из инструментов создания транзисторов или их контроля. Что странно. Однако я думаю, что в IBM, где тот был изобретен, о нем не забыли, как в другой компании, двигающей технической прогресс - Xerox. Просто полагаю, что наши переводчики технических новостей, употребляющие, к примеру, неуместное для русской речи выражение "микрочипы" вместо "микросхем", тем более не знают, как переводить слово "STM", обходя его молчанием во избежание ляпов.


Туннельный микроскоп и дзен

В бумажном издании предлагаемый ниже текст мог быть опубликован в виде авторской врезки к статье. А здесь публикуется в качестве технически-буддистского приложения для заинтересованных лиц.

Как известно, программирование требует рационального плана: операторы и функции нельзя располагать в живописном беспорядке. А всякая симметрия для любимого мной дзен-буддизма неестественна и мертва. Но его термины позволяют дать краткие и точные определения программным модулям.

В режиме анализа химического состава технологический СТМ извлекает информацию о химическом составе системы игла-среда-подложка, сравнивая ее измеренную и рассчитанную по принятой на входе модели вольт-амперные характеристик, т.е. работая как СТМ-спектрометр.

Программа СТМ-спектроскопии имеет на входе квантовомеханическую модель электронных свойств системы игла-среда-подложка для данного материала. Содержащий ее файл данных можно назвать принятым в китайской философии термином "ли"- "то-что-делает-вещь-тем-что-она-есть". Эта модель свойств системы берется в виде совокупности следующих основных допущений: число, вид и положение атомов плюс зависимость потенциальной энергии электронов от положения в игле, среде и подложке. Однако помните хрестоматийный спор средневековых схоластов о том, сколько ангелов уместится на острие иглы? Так вот также схоластичен спор о том, сколько атомов уместится на острие иглы туннельного микроскопа. В литературе описан лишь один случай работы с иглой известной геометрии. Это вносит неопределенность в файл данных. И поскольку она не единственная, программу, пытающуюся уловить различия между кирпичиками мирозданья, можно назвать "майя", ибо буддизм акцентирует идею единого, а видимые различия считает иллюзорными - майей.

Впрочем, такая ирония не подразумевает несерьезность. Теоретическими моделями наноэлектронных приборов серьезно занимался даже Пелешенко - капитан веселой команды КВН Одесского университета. Ведь и столь желанный нейрокомпьютер, и невиданные средства радиоэлектронной разведки и радиоэлектронной борьбы станут возможны, когда наноэлектроника станет такой же мощной, как микроэлектроника.



 



Особенности национальных счетчиков

TopList, Rambler Top100, Aport Top1000... Если смотреть только на названия, то ставки растут. Какова же на сегодня стоимость счетчиков русского Интернета? >>>

Отечественные интернет-счетчики

Было проведено экспресс-исследование счетчиков. Именно эти данные, несмотря на их неполноту, использованы в качестве иллюстративного материала >>>












 
 Copyright © 1997–2006 - Andrey Travin                                                                                                     Design 2003 - Leeloo