История развития и современные методы нанотехнологии

1. История развития и современные методы нанотехнологии Заблоцкий А.В. Кафедра «Ваккумной электроники» Образовательный центр «Нанотехнологии»

2. 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

3. Классическое определение 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 Определение «Нанотехнологии»

4. 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. Определение «Нанотехнологии»

5. Эрик Дрекслер Эрик Дрекслер (1986) "Машины Создания" ("Engines of Creations") • создание различных устройств из отдельных молекул. • миниатюрные автономные нанороботы Определение «Нанотехнологии»

6. Современное определение Альбер Франкс (1987) Нанотехнология – это производство с размерами и точностями в области 0.1-100 нм Определение «Нанотехнологии»

7. Top-down и Bottom-up • 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 Два системных подхода

8. Растровый электронный микроскоп 1942 – SEM (Zworykin) Порох Микросхема Нанокластеры Зонд СТМ Top-down: Зондовые методы

9. Характеристический рентген 1951 - X-ray spectroscopy (R. Castaing) Схема переходов излучения характеристического рентгена Рентгеновский спектр и элементные карты Top-down: Зондовые методы

10. Сканирующий туннельный микроскоп 1971 – СТМ (Р.Янг, Д.Варл, Ф.Скир) СТМ-изображение поверхности Si(111)- 7*7 (Г. Бинниг и Г. Рёрер 1981) Вертикальные манипуляции с атомами (Xe на Ni) Схема СТМ Top-down: Зондовые методы

11. Образец 4х секционный ФД Л Атомно-силовой микроскоп 1986 - АСМ (Г.Бинниг, Х. Гербер и Квайт) Схема профилометра (1929 г) Современная схема регистрации отклонения зонда АСМ Латеральное перемещение атомов (Sn на Ge) (2006) Схема первого АСМ Top-down: Зондовые методы

12. Сканирующий ионный микроскоп 1978 – СИМ (Селигер) Устройство ионного микроскопа Ионный срез поверхности Ионная колонна Top-down: Зондовые методы

13. Focused Ion Beam + Chemical Vapor Deposition Объекты, созданные технологией FIB + CVD модель вируса-бактериофага T4 примерно в 10 раз большая реального вируса FIB + CVD Нанопинцеты для сканирующего зондового микроскопа Top-down + Bottom-up

14. «Биохимический» подход 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. Bottom-up: Идеи самосборки

15. Молекулярно-лучевая эпитаксия 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. Bottom-up: Групповые методы

16. Прототип электромеханического ЗУ В качестве основного рабочего элемента используются нанотрубки, которые способны изгибаться под действием электрического поля и замыкать контакт на шинах ЗУ. Пример технологического маршрута

17. FIB, CVD Газофазное осаждение– выращивание нанотрубок Фокусированный ионный пучок – создание точек роста нанотрубок Пример технологического маршрута

18. Манипуляции нанопинцетами нанопинцет для сканирующего зондового микроскопа сканирующий зондовый микроскоп – укладка нанотрубок Пример технологического маршрута

19. Тестирование элемента ЗУ многозонодовый тестер для сканирующего зондового микроскопа сканирующий зондовый микроскоп – проверка функционирования наноэлемента Пример технологического маршрута

20. Нанотехнологический комплекс НаноФАБ Пример технологического маршрута

21. «Нанотехнологии» в реальной жизни микропереключатели датчики ускорения лобовое стекло - поляроид газовые датчики БМВ пятой серии самозатягивающееся покрытие Нанотехнологии в реальной жизни

22. Спасибо за внимание!