Qu'est-ce que la nanoélectronique et comment fonctionne-t-elle

Le domaine de l'électronique engagé dans le développement de fondements technologiques et physiques pour la construction de circuits électroniques intégrés avec des tailles d'éléments inférieures à 100 nanomètres est appelé nanoélectronique. Le terme «nanoélectronique» reflète lui-même la transition de la microélectronique des semi-conducteurs modernes, où les tailles d'éléments sont mesurées en unités de micromètres, vers des éléments plus petits - avec des tailles de dizaines de nanomètres.

Avec la transition à l'échelle nanométrique, les effets quantiques commencent à dominer dans les schémas, révélant de nombreuses nouvelles propriétés et, par conséquent, marquant les perspectives de leur utilisation utile. Et si pour la microélectronique les effets quantiques sont souvent restés parasites, car par exemple, avec la diminution de la taille du transistor, l'effet tunnel commence à interférer avec son fonctionnement, alors la nanoélectronique, au contraire, est appelée à utiliser ces effets comme base de l'électronique nanohétérostructurée.

Chacun de nous utilise l'électronique tous les jours, et à coup sûr, beaucoup de gens remarquent déjà certaines tendances précises. La mémoire des ordinateurs augmente, les processeurs deviennent plus productifs, la taille des appareils diminue. Quelle en est la raison?

Tout d'abord, avec un changement dans les dimensions physiques des éléments des microcircuits, à partir desquels tous les appareils électroniques sont essentiellement construits. Bien que la physique des processus reste à peu près la même aujourd'hui, la taille des appareils devient de plus en plus petite. Un grand dispositif semi-conducteur fonctionne plus lentement et consomme plus d'énergie, et un nanotransistor - et fonctionne plus rapidement et consomme moins d'énergie.

Il est connu que tous les corps matériels sont composés d'atomes. Et pourquoi l'électronique n'atteint-elle pas l'échelle atomique? Ce nouveau domaine de l'électronique permettra de résoudre des problèmes tels que sur une base de silicium conventionnelle fondamentalement impossible à résoudre.

Le graphène et les matériaux monocouches similaires sont d'un grand intérêt (voir l'article - Propriétés inattendues du carbone familier) De tels matériaux, d'une épaisseur d'un atome, ont des propriétés remarquables qui peuvent être combinées pour créer divers circuits électroniques.

Par exemple, les technologies liées à la microscopie à sonde permettent de construire différentes structures d'atomes individuels à la surface d'un conducteur dans le vide ultra-élevé en les réarrangeant simplement. Quelle n'est pas la base pour créer des appareils électroniques monatomiques?

Les manipulations de matière au niveau moléculaire ont déjà touché de nombreuses industries, elles n'ont pas contourné l'électronique. Les microprocesseurs et les circuits intégrés sont construits de cette façon. Les pays leaders investissent dans le développement de cette voie technologique - afin que la transition à l'échelle nanométrique se fasse plus rapidement, plus largement et s'améliore davantage.

Soit dit en passant, certains succès ont déjà été obtenus. Intel a annoncé en 2007 qu'un processeur basé sur un élément structurel d'une taille de 45 nm avait été développé (introduit par VIA Nano) et que la prochaine étape serait d'atteindre 5 nm. IBM va atteindre 9 nm grâce au graphène.

Nanotubes de carbone (graphène) - L'un des nanomatériaux les plus prometteurs pour l'électronique. Ils permettent non seulement de réduire la taille des transistors, mais aussi de conférer à l'électronique des propriétés vraiment révolutionnaires, tant mécaniques qu'optiques. Les nanotubes n'emprisonnent pas la lumière, sont mobiles, préservent les propriétés électroniques des circuits.

Les optimistes particulièrement créatifs ont déjà hâte de créer des ordinateurs portables qui peuvent être sortis d'une poche comme un journal, ou portés sous la forme d'un bracelet à la main, et, si vous le souhaitez, peuvent être agrandis comme un journal, et tout l'ordinateur sera comme une épaisseur de papier pliable à écran tactile haute résolution.

Une autre perspective pour l'application de la nanotechnologie et l'utilisation des nanomatériaux est le développement et la création de disques durs de prochaine génération.En 2007, Albert Firth et Peter Grunberg ont reçu le prix Nobel pour la découverte de l'effet mécanique quantique de la résistance magnétique ultra-élevée (effet GMR), lorsque des films minces de métal provenant de couches conductrices et ferromagnétiques alternées changent considérablement leur résistance magnétique avec un changement dans la direction réciproque de l'aimantation.

En contrôlant l'aimantation de la structure à l'aide d'un champ magnétique externe, il est possible de créer des capteurs de champ magnétique si précis et d'effectuer un enregistrement si précis sur le support d'informations que sa densité de stockage atteindra le niveau atomique.

La nanoélectronique et la plasmatronique n'ont pas été contournées. Les vibrations collectives des électrons libres à l'intérieur d'un métal ont une longueur d'onde de résonance plasmonique caractéristique d'environ 400 nm (pour une particule d'argent de 50 nm). Le développement de la nanoplasmonique peut être considéré comme ayant commencé en 2000, lorsque les progrès dans l'amélioration de la technologie de création de nanoparticules se sont accélérés.

Il s'est avéré que l'onde électromagnétique peut être transmise le long d'une chaîne de nanoparticules métalliques, excitant les oscillations plasmoniques. Une telle technologie permettra d'introduire dans la technologie informatique des circuits logiques qui peuvent fonctionner beaucoup plus rapidement et transmettre plus d'informations que les systèmes optiques traditionnels, et la taille des systèmes sera beaucoup plus petite que les systèmes optiques acceptés.

Les leaders dans le domaine de la nanoélectronique et de l'électronique en général sont aujourd'hui Taiwan, la Corée du Sud, Singapour, la Chine, l'Allemagne, l'Angleterre et la France.

L'électronique la plus moderne est fabriquée aux États-Unis aujourd'hui, et le fabricant le plus massif d'électronique de haute technologie est Taiwan, grâce aux investissements des entreprises japonaises et américaines.

La Chine est un leader traditionnel dans le domaine de l'électronique économique, mais ici la situation évolue progressivement: la main-d'œuvre bon marché attire des investisseurs d'entreprises de haute technologie qui envisagent d'établir leur nanoproduction en Chine.

La Russie a également un bon potentiel. La base dans le domaine des micro-ondes, des structures de rayonnement, des photodétecteurs, des panneaux solaires et de l'électronique de puissance permet, en principe, la création de villes scientifiques de la nanotechnologie et leur développement.

Ce potentiel nécessite des conditions économiques et une organisation pour la recherche fondamentale et le développement scientifique. Tout le reste est: la base technologique, un personnel prometteur et un environnement scientifique qualifié. Seuls de gros investissements sont nécessaires, et cela s'avère souvent être le talon d'Achille ...

Un exemple d'application de la nanotechnologie:Nanoantennas pour recevoir l'énergie solaire