История развития и современные методы нанотехнологии

История развития и современные методы нанотехнологииЗаблоцкий 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


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


Эрик Дрекслер (1986)

"Машины Создания" ("Engines of Creations") - создание различных устройств из

отдельных молекул. - миниатюрные автономные нанороботы

Современное определение


Альбер Франкс (1987)

Нанотехнология – это производство с размерами и точностями в области

0.1-100 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“ (“There’s plenty of room at the bottom”)

Bottom-up (Cнизу-вверх)«биохимический подход», самоорганизация

Растровый электронный микроскоп

Top-down: Зондовые методы

Порох

Микросхема

Нанокластеры Зонд СТМ

1942 – SEM (Zworykin)

Характеристический рентген


Схема переходов излученияхарактеристического рентгена

1951 - X-ray spectroscopy (R. Castaing)

Рентгеновский спектр и элементные карты

Сканирующий туннельный микроскоп


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


Схема профилометра (1929 г)

Схема первого АСМ

Образец

4х секционный ФДЛ

Современная схема регистрации отклонения зонда АСМ

Латеральное перемещение атомов(Sn на Ge) (2006)

1986 - АСМ (Г.Бинниг, Х. Гербер и Квайт)

Сканирующий ионный микроскоп


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


Фокусированный ионный пучок – создание точек роста нанотрубок

Газофазное осаждение – выращивание нанотрубок

Манипуляции нанопинцетами


нанопинцет для сканирующего зондового микроскопа

сканирующий зондовый микроскоп – укладка нанотрубок

Тестирование элемента ЗУ


многозонодовый тестер для сканирующего зондового микроскопа

сканирующий зондовый микроскоп – проверка функционирования наноэлемента

Нанотехнологический комплекс НаноФАБ


«Нанотехнологии» в реальной жизни

Нанотехнологии в реальной жизни

датчики ускорения

микропереключатели

газовые датчики

самозатягивающееся покрытие

лобовое стекло -

поляроид

БМВ пятой серии

Спасибо за внимание!

История развития и современные методы нанотехнологии

Documents

Transcript of История развития и современные методы нанотехнологии