Метрология в нанотехнологиях (Раздаточные материалы от преподавателя), страница 5

Фейман наносистем. Премия присуждается в двух категориях: эксперимент и теория нанотехнологии. В 1969 — 1970 г.г. сотрудник научного подразделения американской компании «Ве11» Альфред Чо разработал теоретические основы технологии молекулярной эпитаксии. Что касается самого термина «нанотехнологии», то первым его употребил японский физик Норио Танигучи 175). Он использовал его в докладе «Об основных приниципах нанотехнологии» (Оп !)зе Вавдс Сопсер! об Мапо!ес)зпо!о8у»), сделанном в 1974 году на международной конференции в Токио.

Термин «папогесйпо!оду был использован профессором Танигучи как обозначение совокупности знаний, подходов, приемов и конкретных процедур, а также наиопродукции (более точным переводом будет «нанотехника»). В нашей стране в !960 — 70-е годы также идут исследования в области нанотехнологий.

В 1963 году Ж.И. Алферов предлагает принцип гетеролазера, а в 1968 появляются гетеролазеры, работающие при комнатной температуре, одни из наиболее значимых электронных приборов, диапазон применения которых чрезвычайно широк — от оптической связи до лазерной техники (сканеры, принтеры, компакт-диски, Прибор молекулярной нитаксии О~ ~~). для создавая нолунровод- В 70-х годах Ж.И. Алферовым никовмкгетероструктур разрабатывается технология соз- дания высокоэффективных, радиационностойких солнечных элементов. В результате в России впервые в мире организуется крупномасштаб-,-:,'::,"-,,::.",Аф нос производство гетероструктурных солнечных элементов для космических батарей. Одна из них, установленная в 1986 году на космической станции «Мир», проработала на орбите весь ',.

':, ~! ~Я ф1 срок эксплуатации без существенного снижения мощности. Труды Ж И. Алферова стали основой для создания в СССР полупроводниковой микроэлектроники, ставшей предтечей цанозлектроники, т, е, задолго до появления самого термина «нанотехнологии». Он открыл и развил быстрые опто- и микроэлектронные компоненты, которые создаются на базе многослойных полупроводниковых гетероструктур, Открытие Ж.И. Алферовым идеальных гетеропереходов и новых физических явлений — «суперинжекции», электронного и оптического ограничения в гетероструктурах — позволило кардинально улучшить параметры большинства известных полупроводниковых приборов и создать принципиально новые, особешю перспективные для применения в оптической и квантовой электронике. Гетероструктуры, представеиющие собой слои полупроводниковых материалов, позволяют добиваться желаемых оптических и электрических свойств материала посредством выбора материалов слоев, их толщины и добавок.

Толщина слоя может составлять всего один атомный слой или же достигать величины нескольких микрометров. Иными словами, манипулирование может происходить на атомном уровне, т. е. в области нанотехнологий. Применение гетероструктур позволяет на порядки увеличить быстродействие транзисторов, а значит, Ге««ронер«»од и общее быстродействие интегральных схем, т, е. существенно улучшается работа современной электронной — ° РЖ':*' "2% 26 телефонов, радиоприемников, видеоигр и т. д. На основе гетероструктур созданы мощные высокоэффективные светоизлучающие диоды, используемые в дисплеях, лампах тормозного освещения в автомобилях и светофорах.

В гетероструктурных солнечных батареях, которые широко используются в космической и наземной энергетике, достигнуты рекордные эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую. Своими открытиями Ж.И. Алферов создал высокоскоростные основу современной информационной тсхнитранаисторы ки, которая должна быть быстродействующей, исеерх'ы'ок' чтобы за короткий срок передавать большие частотные инте- объемы информации, и в то же время быть компактной.

Открытия академика Ж.И. Алферова всотовыхтеле~онах в области полупроводниковых гетероструктур испутникоеых и высокоскоростной электроники в 2000 году системах олн Беспро- удостоены Нобелевской премии. Начиная с 1976 года сотрудниками Ленинградского технологического института (ЛТИ) проводились опыты по получению точных атомарных копий изделий из так называемого рудного пара. Отпадала необходимость в металлургических и металлообрабатывающих технологиях, появлялись большие возможности для получения материалов заданного состава.

В это же время группой ученых ЛТИ и Ленинградского государственного университета (С.И. Кольцовым, А.А. Малыгиным, И.В. Муриным, В.П. Толстым) были начаты исследования в области химической технологии материалов и изделий электронной техники, включая исследования синтеза наноструктур и твердотельных нанослоев методом ионного наслаивания.

В 1981 году немецкие физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали туннельный сканирующий микроскоп, способный регистрировать отдельные атомы. В ! 98б году нанотехнология стала известна широкой публике благодаря американскому футурологу Эрику Дрекслеру, который Э. Дрекслер Г. Бинниг Г. Рорер опубликовал книгу «Машины созидания: грядет эра нанотехнологий» («Епй(пев оГсгеацоп: г)зе сосо!п8 ега о( папо!сс(зпо!ойу») „автор которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.

Он же первым употребил этот термин для обозначения новой области науки в своей докторской диссертации в Массачусетском технологическом институте. Центральное место в его исследованиях новой области знаний были математические расчеты, с помощью которых можно было проанализировать работу устройства размером в несколько нанометров. Нельзя не отметить еще один факт. В 1980-х годах в лабораториях компании 1ВМ в Цюрихе были изобретены супермощные микроскопы (сканирующие туннельные микроскопы), которые позволяли не только наблюдать атомы, но и специальными <нанопинцетами» изменять их построение в молекулах.

И первым наноизделием можно считать название компании, которое сотрудники Армаденской лаборатории ! ВМ под руководством Д. Эйглера выложили в 1989 году на монокристалле никеля из 35 атомов ксенона [59]. В эти же годы американские ученые Сканируюисий Р Смэйли и В. Курл и английский ученый туннел»ный микроскоп 28 Т. Крото сообщили об открытии фуллерена.

Значимость этого открытия подчеркнута присуждением им в 1996 году Нобелевской премии по физике. Фуллерен — полая часпща, похожая на оболочку футбольного мяча, состоящая из 20 шестиугольных циклов и 12 пятиугольных, с общим количеством атомов углерода 60. Это знаФу иерея ковая фигура для нанотехнологий. В текстах фуллерен обозначается символом С60. В 1991 году японский профессор Сумио Идзима, сотрудник компании )ч(ЕС, первым в мире использовал фуллерены для создания — углеродных трубок (нанотрубок) диаметром 0,8 нм.

В 2000 году администрация США поддержала создание Национальной инициативы в области нанотехнологии. Нано- технологические исследования получили государственное финансирование. Тогда из федерального бюджета было выделено $500 млн. Госстандарт России 5 марта 2001 года создал новый технический комитет по стандартизации ТК 441 «Наукоемкие технологии», деятельность которого направлена на разработку национальных стандартов в области нанотехнологий.

Существенный импульс развитию нанотехнологий дало развитие интегральной полупроводниковой микроэлектроники [70]. Естественное стремление к повышению уровня интеграции за счет уменьшения размеров активных элементов, размещаемых на кристалле, стимулировало развитие технологических процессов, оперирующих со структурными объектами, размеры которых постепенно уменьшались от 10 мкм до 100 нм. Первыми же нанообъектами, которые с середины прошлого веканачалиактивноиспользоватьсявтехнологическихпроцессах, стали тонкие пленки (слои) толщиной менее 100 нм. Применение нанослоев из различных материалов в ряде технических устройств позволило значительно улучшить их потребительские характеристики.

Например, формируемые в высоком вакууме нанослои из щелочных металлов позволили создать фотокатоды, которые до сих пор широко применяются в различных фотоприемных устройствах (фотоэлектронные умножители, электронно- оптические преобразователи и т. д.). Обобщая вышеприведенные данные, можно констатировать, что история нанотехнологий насчитывает уже несколько тысячелетий (табл.

2). Таблица 2 Краткая история иаиотехиологий Событие Год 400 г. до и.э 1 век и.з. 1П век и.э. 1«' век и.э. 1бб! г. 1ВВЗ г. шмс 1930-е гг. 1947 г. 1954-55 гг. Средиеве- ковье (сер, у— сер. Х)г11 вв.) Древнегреческий философ Демокрит впервые описал слово «атом» Испольэоваиие иаиоматериала при производстве фарфора в древнем Китае Дамасские клинки делались из индийской стали, при производстве которой применялись углеродиые иаиоструктуры, подобиые современным. Использование иаиочастиц золота и серебра при производстве стекла в Древнем Риме. Использование иаиочастиц металла при изготовлении витражея в Западной Европе. Химик Роберт Бойль впервые употребил слово «кластер». Джордж Истмеи (США) впервые изготовил фотопленку Немецкие физики М, Киолл и Э, Руска создали электронный микроскоп, позволяющий исследовать иаиообъекты Исследования ученых Ленинградского физико-технического института под руководством А.Ф,Иоффе в области полупрово- дииков Нобелевские лауреаты Д.