<<
>>

Границы изменения масштабов

Технологии типа сверху-вниз в неявной форме предполагают, что уменьшение размеров структур не влияет на их фундаментальные свойства и принципы функционирования. Производственники как бы считали, что свойства вещества при миниатюризации не изменяются, так что проблема для них формально сводилась к уменьшению размеров ранее созданных (возможно, десятилетие назад) электронных устройств.

Основная проблема НТ заключается как раз в гораздо более сложном явлении, так как (на некотором этапе развития) изменение масштабов изучаемых и используемых объектов приводит к существенным изменениям не только условий производства, но и к необходимости пересмотра даже самих законов природы! Если используемая стратегия миниатюризации не противоречит понятным и известным нам законам природы, то исследователь, естественно, может придерживаться прежних концепций дизайна. Для производства компонентов микроэлектроники это просто означает, что возможно изготовление новых, более миниатюрных изделий того же типа (но с повышенными характеристиками) на основе, например, совершенствования лнтографичес-

ких технологий и иных стандартных материалов на основе ранее существовавших принципов функционирования. Но даже для литографии проблема не является столь простой, поскольку ее возможности (размеры получаемых структурных элементов) ограничены длиной волны используемого света, то есть переход от микро- к нанообласти требует перехода от ультрафиолетового (УФ) излучения к так называемой дальней ультрафиолетовой области, для которой пока не существует не только стандартных источников света и соответствующих материалов, но даже и методов оптической проекции. В данном случае, помимо сохраняемых теоретических принципов конструирования, необходимо решить весьма непростые технические задачи, связанные с физикой процессов вообще. Аналогичные примеры можно привести для самых различных областей развития НТ.

Даже в тех случаях, когда изменение масштабов производственных процессов представляется технически выполнимым и экономически целесообразным, исследователь должен серьезно задуматься о том, что любой переход «вниз* связан с возможным изменением известных законов физики, делающих бессмысленным постановку самой технологической задачи, вследствие неадекватного поведения физических явлений при новых масштабах. Например, обычный современный транзистор включает в себя от 1010 до 1012 атомов, но нанотранзистор будет состоять только из 1000 (103) атомов, в результате чего в нем может проявляться «индивидуальность» отдельных атомов (в объемных образцах атомы являются и считаются «идентичными»), Результатом такого изменения масштабов и соотношений станет тот факт, что нанотранзистор не будет работать в соответствии с первоначальными критериями проектировщика, например, вследствие того, что свойства кристаллов кремния изменятся по нарастающей с уменьшением структурных размеров. Примерно к этому сводится множество новых явлений в нанотехнологии.

Представляется целесообразным различать три главных аспекта миниатюризации, которые могут влиять на функциональную способность наноструктур настолько сильно, что исходные критерии их проектирования (дизайна) могут потерять всякий смысл:

• В нанотехнологиях особую ценность приобретают свойства

материала на поверхности структуры, поскольку в некоторых случаях весь объект может быть представлен в виде

особой «поверхности». При этом поверхностные области материала по своим свойствам начинают существенно отличаться от физико-химических характеристик внутри материала. Определенные параметры какого-то материала или компонента могут быть настолько уменьшены, что их возможности уже не реализуются в рамках предложенного принципа функционирования. Квантовые закономерности на новых масштабах могут проявляться в такой степени, что «исчезают» сами явления, необходимые для использования в предлагаемых устройствах или материалах.

Перечисленные пределы уменьшения размеров не являются решающими для математических расчетов, а также для оценки физических или химических характеристик в моделях типа снизу - вверх, поскольку во многих случаях не очень существенно, каким образом была получена та или иная наноструктура, однако почти всегда имеет огромное значение само уменьшение масштабов (в нашем контексте, миниатюризация). Изменение масштабов всегда требует смены парадигм в отношении принципов функционирования и использования конкретных структур. В НТ это становится источником новых возможностей (недостатки превращаются в достоинства!), поскольку функциональность систем может быть основана на качественно новых свойствах, возникающих именно вследствие последовательной миниатюризации.

Выводы: Уменьшение размеров изделий всегда связано с экономическими и техническими проблемами, но важнейшие ограничения для бесконечной миниатюризации связаны, конечно, с физическими законами природы, так как при некоторых размерах мы неизбежно сталкиваемся с квантовомеханическими эффектами, настоятельно требующими смены парадигмы развития, связанной с принципами функционирования и критериями проектирования самих устройств. Направленное использование новых свойств, обусловленных малыми размерами используемых структур, является одним из основных принципов НТ.

<< | >>
Источник: Хартманн У.. Очарование нанотехнологии. 2008

Еще по теме Границы изменения масштабов:

  1. РАЗДЕЛ 5. Тенденции изменения дифференциации доходов
  2. РАЗДЕЛ 3. Затраты, отдача от масштаба и структура рынка
  3. Глава 2м ivtr • /., „ СОЦИАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В КРЕСТЬЯНСКОЙ ' ? И ПОМЕЩИЧЬЕЙ СРЕДЕ
  4. § 2 . Пограничные проблемы Российской Федерации. Фактор «новых границ»
  5. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПОПУЛЯЦИЙ. ГОМЕОСТАТИЧЕСКОЕ ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ПОПУЛЯЦИЙ И МИКРОЭВОЛЮЦИЯ
  6. V.2. Антропогенное изменение климата и его последствия 2.I. Парниковый эффект
  7. ИЗМЕНЕНИЕ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕОЦЕНОЗОВ
  8. Изменение внешнеполитической ориентации Польши
  9. ПОЛИТИКА КАК ПРОЦЕСС ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
  10. Влияние социально-экономических изменений на миграцию населения
  11. Глава 1 Географическое положение, ТЕРРИТОРИЯ И ГРАНИЦЫ РОССИИ
  12. Изменения гумусного состояния черноземов ЦЧО за последние сто лет
  13. Вещества, вызывающие глобальные изменения окружающей среды
  14. ОПРОЩЕНИЕ, ПЕРЕРАЗЛОЖЕНИЕ, ИЗМЕНЕНИЕ ПО АНАЛОГИИ
  15. Границы изменения масштабов