История развития и современные методы нанотехнологии Заблоцкий А.В. Кафедра «Ваккумной электроники» Образовательный центр «Нанотехнологии»

Содержание Определение «Нанотехнологии» Два подхода: top-down и bottom-up Top-down. Зондовые методы: РЭМ, СТМ, АСМ, ФИП (СИМ) Bottom-up. Самоорганизация и групповые методы: CVD, МЛЭ. Пример технологического маршрута «Нанотехнологии» в реальной жизни

Классическое определение Определение «Нанотехнологии» Н. Танигучи (1974) «Нанотехнология» - междисциплинарная, образующая технологии, позволяющей «технологично» (воспроизводимо, по описанным процедурам) производить исследования, манипуляцию и обработку вещества в диапазоне размеров и с допусками 0,1 100 нм

Тезисы Н. Танигучи Определение «Нанотехнологии» Нанотехнология - технология, в которой размеры и допуски в диапазоне 0,1 100 нм (от атомных размеров до длины волны фиолетового света) играют критическую роль... Поле, которое покрывает Нанотехнология, сводится к манипуляциям и обработке вещества внутри определенного выше диапазона размеров по вполне определенным, описанным и повторяемым алгоритмам, в противоположность произведению искусства художника или творению мастера - ремесленника… Нанотехнология – это «образующая» технология, опирающаяся на достижения других технологий. Нанотехнология относится к группе «горизонтальных» или межотраслевых технологий, техника и методы которой, с небольшими вариациями, могут быть применены в иных, сильно различающихся направлениях… Нанотехнология просматривается в частности важной и немедленно востребованной в таких областях, как материаловедение, машиностроение, оптика и электроника.

Эрик Дрекслер Определение «Нанотехнологии» Эрик Дрекслер (1986) "Машины Создания" ("Engines of Creations") - создание различных устройств из отдельных молекул. - миниатюрные автономные нанороботы

Современное определение Определение «Нанотехнологии» Альбер Франкс (1987) Нанотехнология – это производство с размерами и точностями в области нм

Top-down и Bottom-up Два системных подхода Top-down (Сверху-вниз) разработка «сверху вниз», шаг за шагом, используя большие машины для построения более маленьких Ричард Фейнман (1956) – лекция "На дне много места (Theres plenty of room at the bottom) Bottom-up (Cнизу-вверх) «биохимический подход», самоорганизация

Растровый электронный микроскоп Top-down: Зондовые методы Порох Микросхема НанокластерыЗонд СТМ 1942 – SEM (Zworykin)

Характеристический рентген Top-down: Зондовые методы Схема переходов излучения характеристического рентгена X-ray spectroscopy (R. Castaing) Рентгеновский спектр и элементные карты

Сканирующий туннельный микроскоп Top-down: Зондовые методы Схема СТМ Вертикальные манипуляции с атомами (Xe на Ni) СТМ-изображение поверхности Si(111)- 7*7 (Г. Бинниг и Г. Рёрер 1981) 1971 – СТМ (Р.Янг, Д.Варл, Ф.Скир)

Атомно-силовой микроскоп Top-down: Зондовые методы Схема профилометра (1929 г) Схема первого АСМ Образец 4 х секционный ФД Л Современная схема регистрации отклонения зонда АСМ Латеральное перемещение атомов (Sn на Ge) (2006) АСМ (Г.Бинниг, Х. Гербер и Квайт)

Сканирующий ионный микроскоп Top-down: Зондовые методы Устройство ионного микроскопа Ионный срез поверхности Ионная колонна 1978 – СИМ (Селигер)

Focused Ion Beam + Chemical Vapor Deposition Top-down + Bottom-up модель вируса-бактериофага T4 примерно в 10 раз большая реального вируса Нанопинцеты для сканирующего зондового микроскопа Объекты, созданные технологией FIB + CVD FIB + CVD

«Биохимический» подход Bottom-up: Идеи самосборки При обычной литографии облученные ультрафиолетом участки фоторезиста вытравливаются. При нанесении рисунка методом самосборки двублочный сополимер нагревается, и его составляющие разделяются и образуют строгий узор. Потом плексиглас удаляется травлением. Полученная структура переносится на двуокись кремния, а затем отверстия заполняются нанокристаллическим кремнием.

Молекулярно-лучевая эпитаксия Bottom-up: Групповые методы Испарение материалов, осаждаемых в сверхвысоком вакууме, осуществляется с помощью эффузионных ячеек (эффузия – медленное истечение газов через малые отверстия). МЛЭ характеризуется малой скоростью роста и относительно низкой температурой роста. Достоинства - возможность резкого прерывания и последующего возобновления поступления на поверхность подложки молекулярных пучков различных материалов, что наиболее важно для формирования многослойных структур с резкими границами между слоями.

Прототип электромеханического ЗУ Пример технологического маршрута В качестве основного рабочего элемента используются нанотрубки, которые способны изгибаться под действием электрического поля и замыкать контакт на шинах ЗУ.

FIB, CVD Пример технологического маршрута Фокусированный ионный пучок – создание точек роста нанотрубок Газофазное осаждение – выращивание нанотрубок

Манипуляции нанопинцетами Пример технологического маршрута нанопинцет для сканирующего зондового микроскопа сканирующий зондовый микроскоп – укладка нанотрубок

Тестирование элемента ЗУ Пример технологического маршрута многозонодовый тестер для сканирующего зондового микроскопа сканирующий зондовый микроскоп – проверка функционирования наноэлемента

Нанотехнологический комплекс НаноФАБ Пример технологического маршрута

«Нанотехнологии» в реальной жизни Нанотехнологии в реальной жизни датчики ускорения микропереключатели газовые датчики самозатягивающееся покрытие лобовое стекло - поляроид БМВ пятой серии

Спасибо за внимание!