Журнал «Вокруг Света» №04 за 2007 год

Впервые о возможности миниатюризации всего и вся и работе с отдельными атомами заговорил американский физик Ричард Фейнман. В своей знаменитой лекции «Внизу полным-полно места: приглашение в новый мир физики», прочитанной в 1959 году, он достаточно аргументированно показал, что законы квантовой механики не препятствуют созданию нужных людям структур из совсем небольшого числа атомов. В те годы, когда практически единственным инструментом, позволяющим хоть что-то разглядеть в наномасштабе, был электронный микроскоп, идеи Фейнмана казались фантастикой.

Фантастический наноробот «делает укол» эритроциту. Хотя подобные рисунки довольно наглядны, они весьма далеки от реальных современных нанотехнологий

Однако уже в 1974 году японский физик Норио Танигучи вводит в обиход термин «нанотехника», а через три года нобелевский лауреат Илья Пригожин констатирует, что «мы знаем, где дверь в эту комнату», на полу которой, по словам Фейнмана, «полно игрушек». Сегодня многие связывают рождение новой эпохи с 1981 годом, когда немецкие физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали зондовый туннельный микроскоп, позволяющий не только видеть, но и переносить с места на место отдельные атомы. Но порой нужны годы, чтобы научный прибор стал инструментом технолога. Только в 1989 году сканирующий туннельный микроскоп удалось использовать как наноманипулятор, сложив с его помощью регулярную структуру из атомов. Аккуратные сотрудниики IBM Дональд Эйглер и Эрхард Швейцер выложили название своей компании 35 атомами ксенона на поверхности кристалла никеля. Эта операция заняла 22 часа и проходила при температуре вблизи абсолютного нуля (–273°С). После нагрева кристалла до –230°С буквы IBM испарились.

Справедливости ради надо отметить, что сканирующие зондовые микроскопы — туннельные, атомно-силовые, оптические — так и не стали основным инструментом нанотехнолога и скромно занимают нишу аналитического и метрологического позволяющего контролировать и лишь иногда подправлять результаты, полученные с помощью настоящих наноинструментов.

Размерные приставки для единиц измерения

фемто

ф

10-15

квадриллионная доля

пико

п

10-12

триллионная доля

нано

н

10-9

миллиардная доля

микро

мк

10-6

миллионная доля

милли

м

10-3

тысячная доля

кило

к

103

тысяча

мега

М

106

миллион

гига

Г

109

миллиард

тера

Т

1012

триллион

пета

П

1015

квадриллион

Волшебный размер

Фрагмент микросхемы памяти. Под утолщением на среднем проводнике находятся транзисторы, которых на кристалле несколько сотен миллионов. Увеличение около 10 000х

Милли, микро, нано и пико — эти дольные приставки еще долго будут символом технического прогресса и признаком совершенства технологий, которыми овладело человечество. С самого начала огромный интерес ко всему, что связано с наноразмерными объектами, проявляли компьютерные гиганты. Они и по сей день главные двигатели прогресса в этой отрасли, являясь основными производителями самых маленьких на Земле изделий — транзисторов, работающих в микропроцессорах современных компьютеров и сотовых телефонов. Именно уменьшение размеров элементной базы обеспечило поразительный рост быстродействия и снижение стоимости электронных вычислительных машин и привело к их повсеместному проникновению в нашу жизнь.

Эти два процесса — миниатюризация основных рабочих элементов (для компьютеров это транзисторы) и повышение быстродействия не случайно идут вместе и жестко взаимосвязаны. Дело в том, что любая микросхема содержит не только транзисторы и резисторы, но и множество полезных и вредных электрических емкостей. Эдаких маленьких конденсаторов, которые приходится периодически заряжать и разряжать, расходуя не только энергию, но и время. Чем меньше геометрические размеры активных элементов, тем меньше оказываются паразитные емкости и тем меньшими токами и быстрее можно перевести микросхему из одного логического состояния в другое. Соответственно быстрее происходит сложение чисел и выполнение других математических действий.

Ток в этом нанотранзисторе течет снизу вверх. Им управляет напряжение на затворе (горизонтальная полоса)