Наноэлектроника

ВВЕДЕНИЕ 7 ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ НАНООБЪЕКТОВ 8 1.1. Общие сведения 8 1.2. Классификация нанообъектов 10 1.3. Наночастицы и наносистемы 14 1.4. Основные термины индустрии наносистем 15 Контрольные вопросы 17 ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ 18 2.1. Общие сведения 18 2.2. Краткая история нанотехнологий 19 2.3. Основные тенденции развития микро- и наноэлектроники 21 2.4. Закон Мура 21 2.5. Темпы развития наноэлектронных систем 23 Контрольные вопросы 24 ГЛАВА 3. ВИДЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА НАНОЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ 25 3.1. Общие сведения 25 3.2. Основы кремниевой технологии 26 3.2.1. Кристаллическое строение и зонная структура полупроводников 26 3.2.2. Понятие о групповом методе изготовления электронных приборов 29 3.2.3. Планарная технология 30 3.2.4. Пленочная и гибридная технология 30 3.2.5. Полупроводниковая технология 32 3.2.6. Переход к кремниевой нанотехнологии 35 3.3. Общие сведения об углеродной нанотехнологии 40 3.4. Основные материалы углеродной нанотехнологии 40 3.4.1. Углеродные нанотрубки 40 3.4.2. Фуллерены 41 3.4.3. Графен 42 3.5. Продукты углеродной нанотехнологии 42 3.6. Органические нанотехнологии 43 3.6.1. Жидкие кристаллы 43 3.6.2. OLED-технология 53 3.6.3. Состояние разработок OLED 58  3.7. Квантовые компьютеры 59 3.7.1. Введение 59 3.7.2. Квантовые вычисления 61 3.7.3. Кубит 62 3.7.4. Структура квантового компьютера 63 3.7.5. Квантовый регистр 64 3.7.6. Квантовый процессор 65 3.7.7. Основные требования для реализации КК 66 3.7.8. Практическая реализация КК 67 3.7.9. Перспективы развития квантовых компьютеров 71 3.7.10. История разработок квантовых компьютеров 72 3.7.11. Разработки в области квантовой криптографии 79 3.8. Молекулярная нанотехнология 81 3.8.1. Введение в молекулярную технологию 81 3.8.2. История концепции молекулярной нанотехнологии 85 3.8.3. Оценки ожидаемых параметров молекулярных наномеханических устройств 86 3.8.4. Стратегии реализации молекулярной нанотехнологии 89 3.8.5. Молекулярный транзистор 90 3.8.6. Одноэлектронный транзистор 91 Контрольные вопросы 93 ГЛАВА 4. НАНОЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ ДЛЯ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ 95 4.1. Общие сведения 95 4.2. Конденсаторы для наноэлектронных систем 96 4.3. Источники электроэнергии для наноэлектронных систем 100 4.3.1. Способы получения электроэнергии 104 4.3.2. История химических источников тока 105 4.3.3. Основные типы аккумуляторов для мобильных устройств 111 4.3.4. Состояние и перспективы развития производства химических источников тока 113 4.3.5. Тенденции развития сегмента вторичных систем 118 4.3.6. Производители перспективных типов химических источников 121 4.4. Наноэлектронные транзисторы 121 4.4.1. Наноэлектронные транзисторы на основе структур хранения на сапфире 123 4.4.2. Нанотранзисторы с гетеропереходами 130 4.5. Наноэлектронные переключатели и ячейки памяти 134 4.5.1. Квантово-точечные клеточные автоматы 134 4.5.2. Молекулярные переключатели 137 4.5.3. Перспективы использования нанотехнологий при изготовлении устройств хранения информации 139  4.6. Наноэлектронные лазеры 140 4.6.1. Наноэлектронные лазеры с горизонтальными резонаторами 140 4.6.2. Наноэлектронные лазеры с вертикальными резонаторами 143 4.6.3. Оптические модуляторы 150 4.7. Дисплеи и осветительные приборы с использованием наноматериалов 151 4.7.1. Дисплеи и осветительные приборы на основе нанотрубок 151 4.7.2. Перспективы создания дисплеев невидимок 154 4.8. Фотоприемные наноэлектронные устройства и системы 155 4.8.1. Фотоприемники на квантовых ямах 155 4.8.2. Фотоприемники на основе квантовых точек 157 4.9. Устройства и системы хранения информации 163 4.9.1. Виды запоминающих устройств 163 4.9.2. Элементы памяти 164 4.9.3. Фотоприемные ПЗС 166 4.9.4. КМОП-фотодиодные СБИС и их применение 167 4.10. Наноэлектронные изделия для компьютерных систем 170 4.10.1. Однокристальные системы 170 4.10.2. Системы для компьютеров 173 4.11. Программы разработок квантовых информационных систем 179 4.12. Наноэлектронные системы для беспроводной связи 184 4.13. Перспективы разработок наноэлектронных систем 185 4.14. Введение в разработку систем искусственного интеллекта 190 Контрольные вопросы 191 ГЛАВА 5. МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 194 5.1. Общие сведения 194 5.2. Области применения МЭМС и НЭМС 194 5.3. Состояние и перспективы разработок МЭМС и НЭМС 200 Контрольные вопросы 206 ГЛАВА 6. МЕДИЦИНСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА НАНОПРОДУКЦИИ 207 6.1. Нанориски – новые угрозы для здоровья и окружающей среды 207 6.1.1. Новая категория рисков 207 6.2. Европейские инициативы в области оценки нанорисков 208 6.3. Руководства по безопасному обращению с наночастицами и наноматериалами 209 6.3.1. Стандарт корпорации DuPont для оценки нанорисков 212 6.3.2. Стандарты как ответ на угрозы, связанные с нанорисками 215 6.4. Рекомендации по исследованию токсичности наночастиц в лабораторных условиях 215 6.5. Материалы и оборудование, используемые при определении острой токсичности наночастиц 217 6.6. Перспективы разработки медицинских нанороботов 220 6.7. Проблемы безопасности 223 Контрольные вопросы 223 ГЛАВА 7. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ВНЕДРЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ 225 7.1. Цель работы 225 7.2. Подготовка к работе 225 7.2.1. Изучение вопросов курса 225 7.2.2. Список литературы 225 7.2.3. Выбор варианта 225 7.2.4. Задания к практическим занятиям 226 7.3. Последовательность расчетов 227 7.3.1. Определение выигрыша во времени безотказной работы 227 7.3.2. Определение выигрыша по занимаемому объему 228 7.3.3. Определение выигрыша в массе 229 7.3.4. Определение выигрыша по потребляемой мощности 229 7.3.5. Определение выигрыша в стоимости 230 7.4. Указания по оформлению раздела отчета 231 Контрольные вопросы 231 СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 236 ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ 242