Примеры использования наноматериалов в электронике и измерительной технике

Активное развитие работ, проводимых ведущими исследовательскими центрами в области интегра­ции сегнетоэлектрических материалов в техноло­гию микро- и наноэлектроники, связано с необходимостью решения задач, стоящих перед индустрией при переходе на новые гомологические нормы, а также с возможностями использования принципиально новых подходов при создании устройств приема, обработки и хра­нения информации.

В настоящее время созданы и активно разви­ваются различные виды устройств, использующих нелинейные свойства сегнетоэлектрических мате­риалов. Возможность переключения вектора спон­танной поляризации внешним электрическим по­лем применяется для создания энергонезависимых, высокоскоростных сегнетоэлектрических ЗУ (СЗУ-РКАМ).

Высокая диэлектрическая прони­цаемость сегнетоэлектриков позволяет рассматри­вать их в качестве основного кандидата для реше­ния проблемы диэлектрических материалов с вы­сокой диэлектрической проницаемостью, прежде всего при создании конденса­торных элементов ЗУПВ (запоминающих уст­ройств с произвольной выборкой) и СВЧ ИС с вы­сокой удельной емкостью при минимальных топо­логических размерах, а также подзатворных ди­электриков транзисторных элементов ИС.

Пиро- и пьезоэлектрическая активность сег­нетоэлектриков используется в конструкциях мик­роэлектромеханических систем (МЭМС), в том числе неохлаждаемых матричных приемников ИК-излучения. Возможность изменения емкости внешним полем и малые потери на СВЧ актуальна при конструировании различных СВЧ устройств, прежде всего фазовращательных элементов антенн с электронным сканированием.

Нелинейные опти­ческие свойства сегнетоэлектриков вызывают ин­терес разработчиков электрооптических устройств обработки и записи информации. Одной из важнейших задач в данном направ­лении, является разработка перепрограммируемых СЗУ, обладающих высокими характеристиками по временам записи/выборки (сходными с ЗУПВ, так как время переключения поляризации сегнетоэлектрика составляет менее 2 нс), обеспечиваю­щих энергонезависимое хранение информации с практически неограниченным числом циклов пе­резаписи (10¹²-10¹⁴) и возможность функциониро­вания в экстремальных условиях.

Работы в данном направлении уже привели к созданию коммерческих производств и развива­ются в сторону повышения степени интеграции СЗУ. Однако, в настоящее время технология СЗУ отстает от лидирующих производителей памяти, что связано с трудностью интеграции сегнетоэлектрической керамики в микроэлектронную техно­логию. Были разработаны элементы про­мышленной технологии СЗУ с использованием метода химического осаждения из растворов алкоксидов металлов.

До недавнего времени были известны лишь жидкие кристаллы, образованные удлиненными органическими молекулами, и только вначале 80" годов развернулась активная целенаправленная работа по металлоорганических соединений, обладающих мезофазой. Благодаря жидкокристаллическим свойствам, такие соединения приобретают в мезофазе принципиально новые коллективные свойства, сочетающиеся с высокой чувствительностью системы по отношению к внешним воздействиям. Введение атома лантаноида в состав таких комплексов приводит к созданию жидких кристаллов с большой величиной магнитной анизотропии, т.е. соединений легко управляемых слабыми магнитными полями. Создание жидких кристаллов, обладающих увеличенной более чем на два порядка магнитной анизотропией является стимулом развития магнитооптики жидких кристаллов. Использование этих соединений в устройствах отображения информации имеет ряд определенных технологических преимуществ, что является весьма актуальным в настоящее время. Соединения лантаноидов также могут представлять определенный интерес для нужд молекулярной электроники, например, при создании тонкопленочных магнитных элементов. В настоящее время технология Ленгмюра-Блоджет является одной из наиболее подходящих технологий для формирования наноразмерных тонких пленок с заданными свойствами. Использование магнитных молекул в качестве элементов для формирования ЛБ пленок позволяет значительно расширить диапазон свойств таких пленок. В первую очередь это реализация возможности управления структурой при формировании подобных систем в присутствии магнитного поля, а также создание принципиально новых низкоразмерных магнитных элементов - так называемых двумерных магнитов.

Пленка Ленгмюра-Блоджета образуется, когда амфипатичные молекулы осаждаются на поверхность твердой подложки. Пленки, образованные подобным способом, могут быть проанализированы в условиях вакуума. Благодаря анализу посредством визуализации при помощи времяпролетной масс-спектрометрии вторичных ионов может быть определено распределение компонентов в модели.

Пленки Ленгмюра-Блоджета могут использоваться в качестве моделей биологических мембран, элементов структуры для биодатчиков, а также просветляющих слоев. Пленки Ленгмюра-Блоджета применяются также в полупроводниковых технологиях.

Физическая электроника и нанофизика, нанотехнологии и наноматериалы, общие замечания

Преобразователи биохимических реакций в аналитический сигнал

Атомная силовая микроскопия

Эффект Штарка

Вернуться в оглавление: Физические явления