Наноинтеграция и самосборка в нано-электронике (обзор)
Обзор охватывает современные принципы интеграции и самосборки наноразмерных элементов, их массивов и иерархических структур в электронике. В качестве материалов для наноинтеграции рассмотрены углеродные нанотрубки, графен и клатраты; описаны методы их интеграции для ячеек памяти, наногенераторов, од...
Saved in:
| Published in: | Оптоэлектроника и полупроводниковая техника |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115513 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Наноинтеграция и самосборка в нано-электронике (обзор) / Г. С. Свечников, А. Н. Морозовская // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 45. — С. 11-26. — Бібліогр.: 54 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859862374902661120 |
|---|---|
| author | Свечников, Г.С. Морозовская, А.Н. |
| author_facet | Свечников, Г.С. Морозовская, А.Н. |
| citation_txt | Наноинтеграция и самосборка в нано-электронике (обзор) / Г. С. Свечников, А. Н. Морозовская // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 45. — С. 11-26. — Бібліогр.: 54 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Оптоэлектроника и полупроводниковая техника |
| description | Обзор охватывает современные принципы интеграции и самосборки наноразмерных элементов, их массивов и иерархических структур в электронике. В качестве материалов для наноинтеграции рассмотрены углеродные нанотрубки, графен и клатраты; описаны методы их интеграции для ячеек памяти, наногенераторов, одноэлектронных туннельных и полевых транзисторов, адгезионных материалов и альтернативные технологии самосборки. Показано, что
интеграция нанокомпонентов в элементы и массивы возможна с помощью микротехнологии и самосборки. При этом кремниевые материалы могут потерять свою главенствующую роль, уступив место другим неорганическим (углеродным нанотрубкам, графену и клатратам) и органическим соединениям (полимерам и фрагментам ДНК). Особый интерес представляет интеграция комбинации наноэлектроники и наноразмерной оптоэлектроники с микромеханикой. Такая наноинтеграция обладает широкой функциональностью и, возможно, приведет к созданию принципиально новых МЭМС и НЭМС.
The review is devoted to the modern principles of integration and self-assembling of
nanosized elements, their arrays and hierarchical structures in electronics. We consider carbon nanotubes, graphene and clatrates as materials for nanointegration. Me-thods of their integration into the memory cells, nanogenerators, single-electron and field-effect transistors, adhesive materials and alternative self-assembling technologies are studied. It is show that nanocomponents integration in the elements and their arrays is possible by means of microtechnology and self-assembling, in so doing silicon materials could loose their leadership as compared to other inorganic (carbon nanotubes, grapheme, clatrates) and organic compounds (polymers and DNA fragments). The integration of the nanoelectronics and nanosized optoelectronics with micromechanics is of particular interest. Such integration has broad functionality and could potentially lead to principally new MEMS and NEMS.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:46:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0233-7577. Oптоэлектроника и полупроводниковая техника, 2010, вып. 45
11
УДК 621.15
Г.С. Свечников, А.Н. Морозовская
НАНОИНТЕГРАЦИЯ И САМОСБОРКА
В НАНОЭЛЕКТРОНИКЕ (обзор)
Обзор охватывает современные принципы интеграции и самосборки нанораз-
мерных элементов, их массивов и иерархических структур в электронике. В качестве материалов
для наноинтеграции рассмотрены углеродные нанотрубки, графен и клатраты; описаны методы
их интеграции для ячеек памяти, наногенераторов, одноэлектронных туннельных и полевых
транзисторов, адгезионных материалов и альтернативные технологии самосборки. Показано, что
интеграция нанокомпонентов в элементы и массивы возможна с помощью микротехнологии и
самосборки. При этом кремниевые материалы могут потерять свою главенствующую роль, усту-
пив место другим неорганическим (углеродным нанотрубкам, графену и клатратам) и органиче-
ским соединениям (полимерам и фрагментам ДНК). Особый интерес представляет интеграция
комбинации наноэлектроники и наноразмерной оптоэлектроники с микромеханикой. Такая нано-
интеграция обладает широкой функциональностью и, возможно, приведет к созданию принципи-
ально новых МЭМС и НЭМС.
Ключевые слова: наноинтеграция, нанотрубки, графен, самосборка.
1. ВВЕДЕНИЕ
Вторая половина ХХ в. была ознаменована целой серией новаторских
открытий и их стремительной реализацией в электронике, что обусловило качествен-
ный скачок в электронной технике, интегральной твердотельной микроэлектронике
(существенно определившей темпы развития и приоритеты научно-технического про-
гресса нашего времени).
Идеология микроэлектроники (МЭ) была направлена на создание высокона-
дежных экономичных схем и систем высокого уровня сложности, отличающихся
высокими степенями микроминиатюризации и быстродействия. Это и обусловило
путь МЭ развития от простых интегральных схем (ИС) к сложным, от сложных к
системам и субсистемам. Суть такой тенденции — увеличение функциональной
сложности интегральной микросхемотехники. Средством устойчивого поступа-
тельного повышения функциональной сложности ИС является технологическая
(компонентная и элементная) интеграция, а средством достижения высокой инте-
грации — повышение уровня микроминиатюризации. Интеграция и микроминиа-
тюризация являются фундаментальными идеями твердотельной полупроводнико-
вой МЭ. В этом ракурсе обе эти идеи по сути технологические, определяющие по
технологиям приоритеты реализации и производства, а также конкурентоспособно-
сти отрасли. При этом сохраняется групповая технология, обеспечившая в свое
время высокий уровень экономики.
Устойчивой тенденцией в интегральной схемотехнике является постоянное
повышение быстродействия ИС, как способ обработки больших массивов инфор-
мации в реальном времени с одновременным снижением рабочих напряжений и
мощностей, что также связано с микроминимизацией.
В последнее время генеральным направлением МЭ являлись интегральные
схемы высокого, сверхвысокого и ультравысокого уровней интеграции, так назы-
ваемые БИС, СБИС, УБИС, а также схемы ультравысокого быстродействия: сверх-
скоростные С
2
ИС и сверхскоростные сверхбольшие С
3
ИС.
Тенденция дальнейшего развития СБИС обусловливалась темпами развития
компьютерной техники, сложность и скорость работы которой возрастала вдвое
примерно за полтора-два года.
Г.С. Свечников, А.Н. Морозовская, 2010
Методы и средства современной транзисторной МЭ уже на этом этапе испы-
тывают серьезные фундаментальные ограничения. Основными элементами муль-
типроцессорной техники и памяти являются комплиментарные вентили на МДП
12
транзисторах (КМДПТ, MOSFET), проектная норма которых уже субмикронная,
что определяет уровень элементной интеграции за пределами 10
7
—10
8
элементов
на кристалле.
МЭ — в основном полупроводниково-кремниевая электроника или электро-
ника на соединениях А3В5, на сегодня являющаяся преимущественно транзистор-
ной электроникой. Этим был определен ее успех и преемственность, однако этим
же обусловлены и основные ее ограничения, преодоление которых связано с поис-
ком новых принципов приборной реализации, новых материалов и технологий,
новых архитектур схем, т.е. с поиском новых качеств, фундаментальных базисных
ходов и идей. Если при накоплении количественных показателей в методах и
средствах желаемый результат не достигается, то происходят качественные изме-
нения, обусловливающие возникновение нового направления в электронике, а
также новой технологии.
За последние два десятилетия МЭ продвинулась вплотную к решению задач
субмикронной технологии, связанных с ее компонентами и структурой, в которых
минимальный размер разрешения не превышает 1 мкм. Однако стандартные мето-
ды в МЭ не решают в полной мере проблем, возникших с преодолением субмик-
ронного размера, ни на физическом, ни на аппаратурному уровне.
Ключевая роль на этом этапе принадлежит наноэлектронике, которая начала
развиваться практически одновременно со становлением СБИС при выходе на
100 нм проектные нормы. Суть ее — наноразмерные приборные структуры, бази-
рующиеся на квантово-размерных эффектах, характерных для размеров менее
10 нм. Например, одноэлектронные туннельные приборы, резонансно-туннельные
диоды, приборы на квантовых потоках, спинтроника, возвращение к идеям моле-
кулярной электроники и др.
Научный базис наноэлектроники — нанофизика и физические основы нано-
технологии и наноструктурных материалов. Отличие приборов МЭ от приборов
наноэлектроники в том, что последние создаются на основе оптимальной сборки
атомов и молекул. Это является основой нанотехнологических процессов, суть
которых в создании локальных запрограммированных атомномолекулярных воз-
действий. Так возникают квантовые функциональные схемы.
К моменту возникновения наноэлектроники МЭ уже располагала определен-
ным багажом знаний и возможностей для понимания ее сути. Высокопрецизион-
ный контроль толщины полупроводниковых, диэлектрических, металлических
слоев и уровней легирования сделали возможным изучение ряда новых явлений и
структур: квантовых ям, сверхрешеток, и др. — основы новых приборных направ-
лений, включая аналитическое и ростовое оборудование. Следует также отметить
электронную микроскопию высокого разрешения, успехи всех четырех видов мик-
ролитографии, впечатляющие успехи материаловедения, химии и др. Эти дости-
жения в электронике позволили вплотную приблизиться к методам и средствам
обработки и хранения больших массивов информации в реальном времени на ос-
нове квантово-механических принципов и приборов, исключающих схемотехниче-
ский (жесткий) принцип формирования функции передачи.
Характерным для наноэлектроники является быстрое использование идей,
находящихся на передовых ее позициях. Сегодня наноэлектроника выходит на
новые рубежи, демонстрируя свои возможности с помощью отдельных устройств,
новых материалов, новаторских разработок.
2. НАНОРАЗМЕРНОСТЬ ОБЪЕКТОВ,
МИКРО- И НАНОИНТЕГРАЦИЯ
Переходя к нанообъектам, следует отметить взаимосвязь нанораз-
мерности с характеристиками объекта в процессе его наноминиатюризации [1].
Приведем только три примера такой метаморфозы, которую нельзя оставить без
внимания при переходе к наноэлектронике.
13
1. По мере уменьшения размеров объекта до наномасштабных сильно возрас-
тает влияние поверхности и формы на все его физические свойства. С термодина-
мической точки зрения этот факт объясняется возрастанием и последующим доми-
нированием свободной поверхностной энергии, определяющейся формой объекта и
площадью его поверхности, по сравнению со свободной объемной энергией об-
разца, пропорциональной его объему.
2. При уменьшении размеров и факторов формы ниже «критических» могут
принципиально измениться физические свойства объектов: для нанообъектов и
низкоразмерных структур характерны индуцированные размером структурные и
фазовые переходы типа диэлектрик—полупроводник или диэлектрик—металл,
парамагнетик—(анти)ферромагнетик, (анти)сегнетоэлектрик—параэлектрик,
упругость—пластичность и многие другие. Эти эффекты согласуются с современ-
ными квантово-механическими микроскопическими расчетами, доказывающими
принципиальные изменения зонной структуры и симметрии элементарных ячеек,
индуцированные наноразмерностью объекта.
3. Природа материала наноразмерного объекта может играть второстепенную
роль по сравнению с первостепенной ролью формы (например, квантовая точка,
эллипсоид, сфера, трубка, провод или монослои), топологической размерности
(например, 1D, 2D, 3D конфайнмент или фрактал) и квантово-размерным эффек-
том. Следует четко представлять, что наноматериал — не новое состояние веще-
ства, и периодической системе элементов ничего не «грозит». К тому же большин-
ство известных наноматериалов оказываются чрезвычайно чувствительны к слу-
чайным разбросам параметров и к неконтролируемым факторам: к наноразмерно-
му объекту достаточно добавить столь же немного, чтобы изменить его парамет-
ры.
«Полная очистка» наноматериала пока является чрезвычайно трудоемкой, до-
рогостоящей и далеко не всегда удается. Для успешного использования «универ-
сальности» свойств наноматериалов необходимо разработать и внедрить новые
альтернативные технологии типа самосборки по возможности с применением био-
химических наноассемблеров и «разумных» молекулярных микро- и наномашин,
которые позволят синтезировать достаточные количества идентичных единиц
наноматериала и интегрировать их непосредственно в схемы.
Среди наноматериалов к наиболее технологичным и перспективным для при-
менений в наноэлектронике можно отнести нанотрубки и нанопровода, фуллере-
ны, графены и клатраты, которые уже применяются в субмикро- и наноэлектрони-
ке, оптоэлектронике, элементах памяти, экологической энергетике и медицине
[1—5].
Использование компонентов в том или другом устройстве означает их инте-
грацию в элементы, которые интегрируются в системы. В наноэлектронике сред-
ствами такой интеграции является нанотехнология, которая формулируется как
отрасль индустрии и науки, имеющей дело с материалами, устройствами, процес-
сами и продукцией с масштабом менее 100 нм [6]. Это первый шаг к наноинтегра-
ции.
Применение наноматериалов требуют совершенствования понимания связей
между технологией создания и их свойствами. Поэтому наноструктурированные
материалы и эффекты, основанные на нанотехнологии, их обработку и манипули-
рование так же, как и их интеграцию в функциональные микросистемы, можно
определить как наноинтеграцию и самосборку.
В настоящее время на рынке присутствует лишь весьма ограниченное количе-
ство работающих образцов, созданных с использованием микронаноинтеграции.
Представляется, что упомянутые определения еще не один раз будут измене-
ны со становлением нанофизики, нанотехнологии и наноэлектроники.
Ограничимся несколькими примерами простейших применений и устройств
нанообъектов. Таких примеров существует очень много. Это означает, что в неда-
леком будущем (15—20 лет) проблема интеграции в наноэлектронике будет реше-
14
на. Это будет революционный скачок в научно-техническом прогрессе и цивили-
зации.
Наиболее перспективными и быстро развивающимися считаются технологии
синтеза углеродных нанотрубок (УНТ) с различными электронными свойствами
(например, шириной запрещенной зоны от 0 до 0,5 эВ). Электрическое сопротив-
ление бездефектных углеродных нано-
трубок практически не зависит от их длины из-за баллистического механизма
транспорта. Плотность тока в них достигает значений 10
10
А/см
2
.
Легко управляемая электропроводность и чрезвычайно малая шероховатость
стенок и другие свойства позволили «на ходу» приспособить УНТ в качестве ка-
нала в полевых МДП транзисторах [7—9]. Изогнутые УНТ используются в каче-
стве канала в структуре одноэлектронного полевого транзистора, работающего
при комнатной температуре [10]. Изгиб трубки означает наличие в ней дефекта,
барьера, который ограничивает пропускание тока в одну сторону наподобие p—n-
перехода.
На УНТ были разработаны модели памяти [11], в том числе энергонезависи-
мой, фрагмент которых приведен на рис. 1.
Пьезоэлектрические микросистемы отличаются высокими коэффициентами
преобразования электрической энергии в механическую, возможностью работы на
высоких частотах до 100 МГц при наличии сегнетоэлектрических доменов и до
10—100 ГГц при отсутствии доменов [12]. Пьезо- и пироэлектрические нанотруб-
ки и наностержни пригодны для создания разнообразных энергетических
устройств, например наногенераторов постоянного тока на основе вертикально-
ориентированных ZnO- или CdS-нанопроводов [13—18]. Принцип работы генера-
тора приведен на рис. 2. При малейшем механическом или акустическом воздей-
ствии на поверхность электрода происходит контакт наностержней с вершинами
пирамид, наностержни изгибаются, генерируя при этом электрический заряд, пе-
реходящий на верхний электрод. Такой генератор может давать ток порядка не-
скольких наноампер, забирая энергию окружающей среды. Наногенераторы пере-
менного тока могут быть созданы на основе пироэлектрических нанопроводов,
которые не будут содержать подвижных частей [19].
Согласно теоретическим предсказаниям теплопроводность трубок может до-
стигать значений 6600 Вт/(м К) при комнатной температуре [6, 20—22]. Углерод-
ные, кремниевые нанотрубки, нанопровода SnO2 и In2O3 применяются для биосен-
соров, сенсоров газов и испарений [23]. Это газовые сенсоры, обладающие: 1) нано-
структурированными чувствительными пленками, 2) магниторезистивными сенсо-
рами со сверхвысокой чувствительностью, 3) спектроскопией со сверхвысоким
разрешением, 4) технологией упаковки и интерконнекции [24].
15
Рис. 1. Принцип действия трехтерминальной ячейки памяти на основе изгиба кантилевера из
углеродной нанотрубки (УНТ) (а — непроводящее состояние «0»; б — проводящее состояние
«1») и на основе вертикально-ориентированной многослойной углеродной нанотрубки (в — не-
проводящее состояние «0»; г — проводящее состояние «1»), а также трехтерминальная ячейка
памяти на основе подвешенной углеродной нанотрубки (д — непроводящее состояние «0»; е —
проводящее состояние «1») [11]
Для сенсоров высокого качества необходимо достичь максимального отноше-
ния площади поверхности к объему. В идеальной ситуации практически все атомы
должны находиться на поверхности. Для биосенсоров важна и биологическая совме-
стимость наноматериалов, необходимая для диагностики живых организмов (после
диагностики желательно, чтобы объект остался жив). В основе работы биосенсо-
ров магнитный, оптический и электрический принципы действия. Магнитный
принцип заключается в регистрации изменения магнитных свойств парамагнетиков
с ма-
Рис. 2. Принципиальное устройство наногенератора постоянного тока (а, б) и зависимость гене-
рируемого им тока от времени (в) [13]
16
Рис. 3. Излучатель ближнего ИК на нанотрубке: а — схема; б — зависимость плотности инжек-
ционного тока (левая шкала, точки) и интенсивности излучения углеродных нанотрубок (правая
шкала, кривая) от напряжения на затворе транзистора [29]
Рис. 4. СЭМ-изображение микронанопинцета с длиной 150 мкм (а). В результате сборки с помо-
щью нанопинцетов-роботов нанотрубка извлекается из массива и имплантируется на кончик иг-
лы АСМ (б) [6]
лой молекулярной массой. Можно регистрировать оптические свойства (прекра-
щение флюоресценции или локализацию поверхностного плазмонного резонанса в
наночастицах из благородных металлов, например в отдельных наночастицах се-
ребра).
Электрический принцип действия сенсора основан на изменении проводимо-
сти нанотрубок или нанопроводов. Проводятся исследования по применению по-
лупроводниковых нанопроводов для биосенсоров [25] и энергетических устройств
типа солнечных батарей и литий-ионных аккумуляторов [26, 27].
Для оптоэлектроники интерес представляет инжекционная электролюминес-
ценция УНТ, которая имеет ряд необычных свойств: свет сильно поляризован
вдоль оси трубки, энергия излучаемых фотонов зависит от диаметра и хирально-
сти однослойных УНТ [28]. Если длина трубки значительно превышает длину об-
ласти рекомбинации электрон-дырочной пары, то область излучения будет лока-
лизована. Она может перемещаться вдоль нанотрубки-канала при изменении по-
тенциала затвора полевого транзистора.
Кроме электролюминесценции в видимой области спектра, чистые УНТ в
структуре полевого нанотранзистора могут излучать в ближнем ИК-диапазоне: от
1 мкм до 2 мкм [29]. Интенсивность ИК-излучения вследствие униполярной ин-
жекции в УНТ (рис. 3) может превышать интенсивность биполярной инжекции на
три порядка.
Применение нанотрубок разной технологии и материалов охватывает очень ши-
рокий круг интересов вследствие высокой прочности, эластичности, термической и
химической стабильности. Нанотрубки успешно используются в качестве микрона-
нопинцета длиной 150 мкм (рис. 4, а,б)
17
Рис. 5. Расчетные зависимости (1—3) от-
носительной теплопроводности эффективной
среды (нанокомпозита) от объемной доли сфе-
рических наночастиц для различных способов
их упаковки. Сепарированные наночастицы и
наночастицы, кластеризованные на 40 и 60 %,
отмечены разными символами [32]
[6]. На рис. 4, б показано, как с помощью
нанопинцетов-роботов нанотрубка из-
влекается из массива и имплантируется
на кончик иглы АСМ.
Нанотрубки, покрытые слоем окси-
да кремния, используются в качестве
износоустойчивой иглы зонда АСМ [30]. Создан макет сверхточных нановесов —
под воздействием груза подвешенная нанотрубка изгибается, вследствие чего из-
меняется частота ее собственных колебаний [31].
Высокая теплопроводность многостенных УНТ (порядка 3 000 Вт/мК) обуслови-
ла их применение в охлаждающих жидкостях в целях увеличения теплопроводно-
сти наножидкостей [21, 22]. Наножидкости — это суспензии твердых частиц и во-
локон нанометрового размера (1—100 нм) в той или иной жидкости (матрица —
деионизированная вода, жидкий октан и органические среды). Значительное по-
вышение теплопроводности наножидкости было получено при использовании в
ней УНТ ( *
Т = = 125—160 % на 1 % (в массовых долях) УНТ) (рис. 5) [32]. При
объемной доле УНТ в жидком октане 0,5—3 % теплопроводность наножидкости
может возрастать в 1,5—2 раза и в перспективе — до 10—100 раз. Моделирование
мгновенного расположения атомов возле УНТ, находящейся в жидком октане под-
тверждает, что силы Ван-дер-Ваальса не обеспечивают эффективного теплового
контакта между жидкостью и нано-трубкой [32].
УНТ — адгезионный материал с сильно выраженными анизотропными свой-
ствами [33]: сильная сдвигающая адгезия ( 100 Н/см
2
) и слабая адгезия в нор-
мальном направлении ( 10 Н/см
2
), как это показано на рис. 6. Структура материа-
ла повторяет структуру биологических присосок геккона, у которого есть микро-
скопические ворсинки, способные изгибаться в разных направлениях. Однако
сдвиговая адгезионная сила УНТ почти в десять раз больше, чем у реальной «ла-
пы» геккона. Диаметр УНТ в такой «лапе» изменяется в пределах 10—15 нм при
длине порядка 150 мкм, плотность упаковки — порядка 10
10
—10
11
см
–2
. Суть дей-
ствия анизотропной адгезии подобна скотчу, который можно оторвать от поверх-
ности в вертикальном направлении, но практически не-возможно сдвинуть в сто-
рону.
Такая комбинация характеристик УНТ с их клеящими свойствами может ока-
заться весьма перспективным решением для наноинтеграционных процессов.
Для наноинтеграции может оказаться столь же полезным и графен — недавно
синтезированные плоские листы графита, толщиной в атом, технология получения
которых относительно проста [1]. По сути, графен — двухмерный углерод, обла-
дающий экзотическими электронными свойствами, которые оказались очень полез-
ны для наноэлектроники. Графен — полупроводник, но ширина его запрещенной
зоны точно равна нулю. Скорость носителей заряда в нем 10
8
см/с, она постоянна во
всех зонах, включая точку Дирака [34]. При этом подвижность носителей заряда
18
Рис. 6. Взаимодействие нанотрубок с подложкой (а — 1 — соприкосновение массива нанотрубок
с подложкой после предварительной нагрузки; 2 — сдвиг разориентированных нанотрубок отно-
сительно подложки формирует линейный контакт; 3 — нормальная адгезионная сила приводит к
отрыву нанотрубок от подложки, а также массив упорядоченных нанотрубок со скрученными
концами (б) [33]
Рис. 7. Макет графенового транзистора, работающего с частотой до 26 ГГц (а) [35], а также зона
проводимости и валентная зона ячейки графена, которые соприкасаются в шести точках — точ-
ках Дирака К (б)
в графене остается высокой, в том числе и в точке Дирака. Особенность электрон-
ной структуры графена обусловливает поведение электронов в ней подобно реля-
тивистским частицам. На рис. 7 представлен макет графенового транзистора.
Электроды приведены в контакт с монослоем графена, находящегося на кремние-
вой подложке. Такой прибор обладает сверхвысокой подвижностью носителей и
очень узким переходом в точке Дирака.
В отличие от нанотрубок, графен — двухмерный пленочный плоский материал.
Если развернуть одностенную УНТ, то получится графен. Являясь полупроводни-
ком, он может использоваться в качестве канала полевых транзисторов и других
электронных преобразователей [34, 35]. Но это уже будет плоская наноэлектроника.
Если это произойдет, то бль-шая часть ключевых проблем графеновой электрони-
ки будет решена.
Конструкции на основе листов графена пригодны для хранения водорода [36].
Для этой цели могут также применяться другие, сравнительно новые наноклеточные
материалы — клатраты, имеющие ряд необычных свойств, интересных как для
науки, так и для прикладной области [2].
Клатрат — это матрица (база) с внедренным в ее полости материалом другого
сорта (гостя). Структура клатрата гость—хозяин является его основной, в которой
супрамолекулы представляют собой отдельные крупные образования, в которых
подструктуры гостя и хозяина связаны слабыми связями: решетка хозяина постро-
ена из прочных ковалентных связей, а в ее пустотах располагаются подвижные
атомы или молекулы гостя, способные колебаться или вращаться внутри предна-
значенного для них объема [2, 37]. Эта особенность клатратов определила их осо-
бые термические свойства: малую теплопроводность при высокой электропровод-
19
ности, что является одним из главных условий получения высокой добротности в
термоэлектрическом преобразовании ( 300 мВ/К при Т 300 К) [2].
Клатраты пока не были востребованы ни микро-, ни субмикронной электрони-
кой. Однако они могут быть весьма полезны, как и фуллерены, в нанотехнологии
создания устройств на полупроводниковой (Si, Ge,…) основе.
Интеграция наноорганических материалов и технологий в микросистемы и
микроэлектронику открывает возможности индустриализации органической элек-
троники, характеризующейся низкой себестоимостью, низким потреблением энер-
гии, аддитивным процессом производства, большой гибкостью и разнообразием.
При этом основные требования касаются возможности растворимости органиче-
ских полупроводников с высокой подвижностью носителей заряда как n-, так и р-
типов, наличия процесса изготовления деталей с малыми размерами [38, 39]. В
частности:
а) проводники должны обладать высокой проводимостью (более 100 Сим/см);
б) подвижность носителей заряда в органических полупроводниках должна
быть более 0,1 см
2
/Вс, а отношение вкл./выкл. — 10
5
;
в) материалы с высоким k, намного превышающим 3,9, необходимы для под-
затворных диэлектриков.
В настоящее время проблема интеграции наноматериалов в микросхемы не
решена. Успехи в наноинтеграции существенно зависят от совершенствования
способов транспортировки, размещения и закрепления нанообъектов.
3. САМОСБОРКА В НАНОЭЛЕКТРОНИКЕ
Самосборка, известная в биологических системах или в химических
методах выстраивания молекул [40—48], является наиболее перспективной в инте-
грации нанотехнологии, наноматериаловедения и наноэлектроники.
Явление самосборки было впервые идентифицировано примерно полвека
назад. Общепринято, что движущей силой самосборки молекул и коллоидов, раз-
личных материалов и полимеров в организованную структуру являются не столько
ионные, ковалентные, металлические, водородные и координационные связи,
сколько более слабые взаимодействия типа Ван-Дер-Ваальсовых и Казимиров-
ских, — и гидрофобных связей, коллоидных и капиллярных, конвективных и
сдвиговых, магнитных и электрических сил [40].
Процесс сборки требует четко заданных граничных условий и локализованной
подачи энергии. В зависимости от способа перемещения нанообъектов бескон-
тактные методы сборки подразделяют на самосборку, самосборку посредством
электромагнитного поля, ультразвуковую сборку, сборку архитектуры цифровых
сетей [40, 49].
Применяя самосборку как метод синтеза, можно разработать принципиальные
схемы, способные химически организовать неорганические и органические блоки
в структуры различной сложности и с характерными масштабами (рис. 8).
Самосборка бывает статической и динамической. В случае статической само-
сборки организующаяся система приближается к состоянию равновесия, уменьшая
свою свободную энергию. В случае же динамической самосборки целесообразно
говорить о самоорганизации, которую в
20
Рис. 8. Принципиальные схемы статической и динамической самосборки, иерархической сборки
и прямой самосборки [40]
этом случае следует понимать как спонтанную и обратимую организацию молекул
в квазиупорядоченную структуру [50]. Спонтанность означает, что взаимодей-
ствия, ответственные за образование упорядоченной структуры, самопроизвольно
проявляются в локальных характерных масштабах. В плоской геометрии первый
монослой представляет собой упорядоченный слой амфифильных молекул, у кото-
рых один конец, или «головная группа», проявляют специфическое сродство к
подложке монослоя. Обычно «головная группа» присоединена к алкильной цепоч-
ке, концевая часть которой может быть изменена (например, добавлением ОН-,
NH3-, COOH-групп или фрагментов нуклеиновых кислот) для получения различ-
ных смачивающих и поверхностных свойств. Выбирается подходящая подложка
для взаимодействия с головной группой (силикон, оксиды или благородные ме-
таллы). Подложки могут быть плоскими (пленка) и неровными (наночастицы).
Тиолы и дисульфиды самоорганизуются на подложках из благородных металлов.
Обычно используется золото или платина, которые инертны, совместимы с биоло-
гическими материалами и их удобно использовать в литографии, что важно для
применения микро- и наноэлектромеханических систем (МЭМС и НЭМС). На не-
металлических оксидных поверхностях обычно самоорганизуются силаны.
Молекулярная самосборка в отличие от «нисходящего» подхода, например
литографии, где наноструктура создается скейлингом из большей по размеру заго-
товки, является составляющей «восходящего» подхода, где наноструктура образу-
ется в результате взаимодействия формы шаблона и функциональных групп моле-
кул. Одним из перспективных применений молекулярной самосборки является
создание нового поколения микрочипов.
21
Физико-химический фундамент самосборки является достаточным для ее
практического использования в нанопроизводстве. При этом нанопроизводство
может значительно выиграть от использования самосборки. Микролитография
пока не располагает средствами для решения задач методом самосборки в коммер-
ческих целях. Стандартные методы самосборки пригодны лишь для создания про-
стейших квазиупорядоченных структур из монослоев на подложках [40—43], а для
микролитографии зачастую требуется прецизионное воспроизведение строго упо-
рядоченных сложных шаблонов.
Парадигмой для усовершенствования методов самосборки является симбиоз
химии, физики и биологии. В последние два десятилетия разработана стратегия
молекулярной самосборки с помощью дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).
Стратегия молекулярной ДНК-самосборки допускает формирование наномас-
штабных объектов и материалов в отсутствие ощутимого внешнего контроля, что
предоставляет возможности для многочисленных применений этого метода в нано-
производстве [44].
Примером нынешнего использования молекулярной самосборки являются
ДНК-нанотехнологии. Молекулярная ДНК-самосборка создает квазиупорядочен-
ные наноструктуры со спонтанным упорядочением объектов на поверхности
вследствие слабых взаимодействий с энергиями связи, близкими к тепловым энер-
гиям. В этом смысле она является альтернативой для расширения возможностей
литографических методов. В ДНК-самосборке используется «восходящий» под-
ход, когда уникальные молекулярные свойства ДНК и других нуклеиновых кислот
приводят к самосборке ДНК-комплексов с необходимыми свойствами. ДНК ис-
пользуется скорее как структурный материал для изготовления сложных и сверх-
сложных двумерных периодических решеток и плетенных узоров или трехмерных
структур в форме правильных и неправильных полиэдров.
Для многих приложений ДНК является единственным выбором для создания
программируемых конструкций и супрамолекулярных материалов, благодаря ее
специфическим хорошо изученным парным взаимодействиям, миниатюрным раз-
мерам и большой емкости хранения информации [50, 51, 52]. Пример непосред-
ственной самосборки нанопроводов при помощи гибридизации ДНК показан на
рис. 9. Суспензия нанопроводов, чья поверхность модифицирована однократно
скрученной ДНК (осДНК), осаждается на поверхность, профилированную ком-
плементарной ДНК (кДНК) и полиэтилен-гликолем (ПЭГ). Нанопровода связыва-
ются с подложкой путем гибридизации осДНК с кДНК. После промывки подлож-
ки нанопровода прикрепляются к ней [43].
Интеграция нанопроводов в современные микроэлектронные устройства тре-
бует развития методов их самосборки, совместимых с высокой плотностью деталей
в устройствах и жесткими требованиями на размеры межсоединений. Особенности
синтеза и самосборки строго упорядоченных массивов нанопроводов различных ти-
пов дают возможность имплантировать их в широкий спектр функциональных
устройств. Управлять сборкой ориентированных нанопроводов можно с помощью
микропотоков (рис. 10). Силы сдвига при испарении капли могут упорядочивать
нанопровода и ориентировать их вдоль направления течения потока. Течение жид-
кости в микроканалах также может ориентировать нанопровода. Под действием
магнитного или электрического поля происходит спонтанное выстраивание супер-
парамагнитных и высокополяризуемых
22
Рис. 9. Сборка нанопроводов при помощи гибридизации ДНК [43]
Рис. 10. Схема упорядочения нанопроводов с помощью микропотоков (моменты времени t0 < t1 <
t2) [45]
нанопроводов [45—48]. Например, нанопровода из композитов Ni/Au/Ni или
Ni/Bi/Ni спонтанно выравниваются вдоль линий магнитного поля (рис. 11, а), а
отдельные нанопровода из никеля могут быть упорядочены при помощи профили-
рованных кобальтовых магнитов (рис. 11, б). Поляризация гибких нанопроводов
селенида кадмия или нанопроводов оксида цинка в электрическом поле может
управлять выравниванием таких структур (рис. 11, в).
Полимерная самосборка позволяет формировать структуры на поверхности,
имеющие микронные размеры и которые разбиты на домены из блоков сополиме-
ров размерами менее 100 нм. Общая картина соответствует случайно ориентиро-
ванной структуре поверхности: получить локально-регулярные структуры можно
после нанесения полимерной пленки на предварительно подготовленную по-
верхность-шаблон (например, с помощью графоэпитаксии). Так были получены
поверхности SiN и SiO2, наноструктурированные полиметилметаакрилатом и дру-
гими сополимерами. Структуры представляют собой нанопористые мембраны
23
Рис. 11. Выравнивание нанопроводов: а — в магнитном или электрическом поле; б — отдельных
нанопроводов из никеля с помощью профилированных кобальтовых магнитов; в — поляризацией
гибких нанопроводов в электрическом поле [43]
с уникальными гидрофильными или гидрофобными свойствами. Они могут быть
использованы в качестве компонент оптических приборов, для высокочувстви-
тельных биосенсоров и различных уникальных масок. Совместимость процесса
изготовления таких структур с технологией чистой комнаты делает их интегриру-
емыми в технологии изготовления МЭМС и НЭМС с оптимизированными свой-
ствами поверхности.
Самосборка позволяет синтезировать функциональные гибридные материалы
[53, 54]. Естественные гибридные материалы часто имеют сложную иерархичную
архитектуру на масштабах от нано- до микро- и миллиметров. Коллективные свой-
ства таких гибридов определяются комбинацией как структуры, так и состава на
каждом из уровней иерархии. Архитектура органических—неорганических ги-
бридных материалов задается явно на различных масштабах с различной степенью
сложности самосборкой из источника «мягких» материалов. Эта концепция может
обеспечить простой, гибкий и экономичный подход к созданию многофункцио-
нальных наноструктур самосборкой функциональных гибридных материалов. Од-
нако понимание принципов самосборки «мягких» конденсированных сред и при-
менение этого подхода к разнообразным комбинациям органических и неоргани-
ческих материалов — фундаментальная проблема для современного материалове-
дения.
ВЫВОДЫ
Интеграция нанокомпонентов в элементы и массивы возможна с
помощью микротехнологии и самосборки. Это второй этап наноэлектроники, по
сути аналогичный СБИС и УБИС в наномаштабе. При этом кремниевые материа-
лы могут потерять свою главенствующую роль, уступив место другим неорганиче-
24
ским (например, графену и клатратам) и органическим соединениям (например,
полимерам и фрагментам ДНК).
Индустриализация органической наноэлектроники предполагает низкую се-
бестоимость, низкое энергопотребление, согласованность с процессами производ-
ства, большую гибкость и разнообразие (например, за счет ДНК-самосборки и са-
моорганизации, создания и использования биороботов и наноассемблеров).
Интерес представляет интеграция комбинации наноэлектроники и нанораз-
мерной оптоэлектроники с микромеханикой. Такая наноинтеграция обладает ши-
рокой функциональностью и, возможно, приведет к созданию принципиально но-
вых МЭМС и НЭМС.
При переходе к наноразмерным компонентам и элементам важным факто-
ром является высокий уровень вклада от каждого элемента (энергетическая эф-
фективность), поскольку с уменьшением размерности элемента (объекта) снижает-
ся его стабильность. При этом возникает проблема оценки критерия потери эф-
фективности с уменьшением размерности, которая пока решается чисто эмпириче-
ски.
G.S. Svechnikov, A.N. Morozovska
NANOINTEGRATION AND SELF-ASSEMBLING
IN NANOELECTRONICS (review)
The review is devoted to the modern principles of integration and self-assembling of
nanosized elements, their arrays and hierarchical structures in electronics. We consider carbon nano-
tubes, graphene and clatrates as materials for nanointegration. Me-thods of their integration into the
memory cells, nanogenerators, single-electron and field-effect transistors, adhesive materials and alterna-
tive self-assembling technologies are studied. It is show that nanocomponents integration in the elements
and their arrays is possible by means of microtechnology and self-assembling, in so doing silicon materials
could loose their leadership as compared to other inorganic (carbon nanotubes, grapheme, clatrates) and
organic compounds (polymers and DNA fragments). The integration of the nanoelectronics and nanosized
optoelectronics with micromechanics is of particular interest. Such integration has broad functionality
and could potentially lead to principally new MEMS and NEMS.
Keywords: nanointegration, nanotubes, grapheme, self-assembling.
1. Свечников Г.С., Морозовская А.Н. Нанотрубки и графен — материалы электроники будуще-
го. — Київ: Логос, 2009. — 170 с. — ISBN 976-966-171-200-2.
2. Шевельков А.В. Супрамолекулярные клатраты: от экзотических веществ к материалам нового
поколения // Сороcовский образ. журн. — 2004. — 8, N 2. — P. 44—49.
3. Katsnelson M.I. Graphene: carbon in two dimensions // Materials Today. — 2007. — 10, N 1—2. —
P. 20—27.
4. Lin Y.-M., Jenkins K.A., Valdes-Garcia A. et al. Operation of Graphene Transistors at Gigahertz
Frequencies // Nano Letters. — 2009. — 9, N 1. — P. 422—426.
5. Melinon P., Blase X., San Miguel A., Perez A. Cluster assembled silicon networks. Chapter 2 in Na-
nosilicon / Ed. by Vijay Kumar. — Elsevier, 2008. ISBN 0080445284. Melinon P. From silicon to
carbon clathrates: nanocage materials: Handbook of Nanophysics, 2010.
6. Matthias W., Lutz-Gunter J. Nanomaterials and Micro-nano-integration: The Future of Micro Sys-
tems Technologies? // MST News. — 2008. — N 3/08. — P. 4—6.
7. Yao Z., Postma H.W.C., Balents L., Dekker C. Carbon nanotube intramolecular junctions // Na-
ture. — 1999. — 402, N 6759. — P. 273—276.
8. Javey A., Wang Q., Ural A. et al. Carbon Nanotube Transistor Arrays for Multistage Complementary
Logic and Ring Oscillators // Nano Letters. — 2002. — 2, N 9. — P. 929.
9. Liu X., Lee C., Zhou C., Han J. First single nanotube logic device — inverter, demonstration // Appl.
Phys. Lett. — 2001. — 79, N 20. — P. 3329.
10. Postma H.W.Ch., Teepen T., Yao Zh. Carbon Nanotube Single-Electron Transistors at Room Tem-
perature // Science. — 2001. — 293. — P. 76—79.
11. Bichoutskaia E., Popov A.M., Lozovik Y.E. Nanotube-based data storage devices // Materials To-
day. — 2008. — 11, N 6. — P. 38—43.
12. Hinderson C.C., Lou-Moller R., Bove T., Thomsen E.V. MEMS Accelerometer with Screen Printed
Piezoelectric Thick Film // 5
th
IEEE Conf. on Sensors. — 2006. — P. 1477—1480.
13. Wang Zh.L., Song J. Piezoelectric Nanogenerators Based on Zinc Oxide Nanowire Arrays // Sci-
ence. — 2006. — 312. — P. 242.
25
14. Wang X., Song J., Liu J., Wang Z.L. Direct-Current Nanogenerator Driven by Ultrasonic Waves //
Ibid. — 2007. — 316, N 5821. — P. 102—105.
15. Lin Y.-F. et al. Piezoelectric nanogenerator using CdS nanowires // Appl. Phys. Lett. — 2008. — 92,
N 022105.
16. Liu J., Fei P., Zhou J. et al. Toward high output-power nanogenerator // Ibid. — 2008. — 92,
N 173105.
17. Qin Y., Wang X., Wang Z.L. Microfibre — nanowire hybrid structure for energy scaven-
ging // Nature Letters. — 2008. — 451. — P. 809.
18. Yang R., Qin Y., Li C. et al. Characteristics of output voltage and current of integrated nanogenera-
tors // Appl. Phys. Lett. — 2009. — 94, N 022905.
19. Morozovska A.N., Eliseev E.A., Svechnikov G.S., Kalinin S.V. Pyroelectric response of ferroelectric
nanoparticles: size effect and electric energy harvesting. — http://arxiv.org/abs/ 0908.2311.
20. Шевельков А.В. Бесшумные и вечные супрамолекулярные холодильники // Нанометр. — 2007.
21. Choi S.U.S., Zhang Z.G., Yu W., Lockwood F.E. Anomalous thermal conductivity enhancement in
nanotube suspensions // Appl. Phys. Lett. — 2001. — 79, N 14. — P. 2252—2254.
22. Biercuk M.J., Llaguno M.C., Radosavljevic M. et al. Carbon nanotube composites for thermal man-
agement // Ibid. — 2002. — 80, N 15. — P. 2767—2769.
23. Hernndez-Ramreza F., Tarancna A., Casalsa O. et al. High response and stability in CO and
humidity measures using a single SnO2 nanowire // Sensors and Actuators. B: Chemical. —
2007. — 121, Iss. 1. — P. 3—17.
24. Hernandez-Ramirez F., Barth S., Tarancon A. et al. Water vapor detection with indivi-dual tin oxide
nanowires // Nanotechnology. — 2007. — 18, N 424016.
25. Chen R.J., Choi H.Ch., Bangsaruntip S. et al. An investigation of the mechanisms of electronic sens-
ing of protein adsorption on carbon nanotube devices // J. Am. Chem. Soc. — 2004. — 126, N 5. —
P. 1563.
26. Wong S.S., Joselevich E., Woolley A.T. et al. Covalently functionalized nanotubes as nanometre-
sized probes in chemistry and biology // Nature. — 1998. — 394, N 52.
27. Kong J., Franklin N.R., Zhou C. et al. Nanotube molecular wires as chemical sensors // Science. —
2000. — 287. — P. 622—625.
28. Freitag M., Chen J., Tersoff J. et al. Mobile ambipolar domain in carbon-nanotube infrared emitters
// Phys. Rev. Lett. — 2004. — 93, N 076803.
29. Avouris Ph., Freitag M., Perebeinos V. Carbon-nanotube photonics and optoelectronics // Nature Pho-
tonics. — 2008. — 2, N 341—350.
30. Tayebi N., Narui Y., Chen R.J. et al. Nanopencil as a wear-tolerant probe for ultrahigh density data
storage // Appl. Phys. Lett. — 2008. — 93, N 10. — P. 103112-1-3.
31. Tombler T.W., Zhou C., Alexseyev L. et al. Reversible electromechanical characteristics of carbon
nanotubes under local-probe manipulation // Nature. — 2000. — 405, N 769.
32. Keblinski P., Eastman J.A., Cahill D.G. Nanofluids for thermal transport // Materials Today. —
2005. — 8, N 6. — P. 36—44.
33. Qu L., Dai L., Stone M. et al. Nanotube arrays with strong shear binding-on and easy normal lifting-
off // Science. — 2008. — 322, N 5899. — P. 239—242.
34. Freitag M. Graphene: Nanoelectronics goes flat out // Nature Nanotechnology. — 2008. — 3. —
P. 455—457.
35. Lin Y.-M., Jenkins K.A., Valdes-Garcia A. et al. Operation of Graphene transistors at gigahertz fre-
quencies // Nano Letters. — 2009. — 9, N 1. — P. 422—426.
36. Dimitrakakis G.K., Tylianakis E., Froudakis G.E. Pillared graphene: A new 3-D network nanostruc-
ture for enhanced hydrogen storage // Ibid. — 2008. — 8, N 10. — P. 3166—3170.
37. Christensen M., Abrahamsen A.B., Christensen N.B. et al. Avoided crossing of rattler modes in
thermoelectric materials // Nature Materials. — 2008. — 7, N 10. — P. 811—815.
38. Occhipinti L. et al. Integration of nano-organic materials and technologies for microsystems and
microelectronics // MST News. — 2008. — N 3/08. — P. 20—23.
39. Pasquale G.D., Fortuna L., Graziani S. et al. ISFE 08 Terragona (2008).
40. Ozin G.A. Nanofabrication by self-assembly // Materials Today. — 2009. — 12, N 5. — P. 12.
41. Abrams Z.R., Ioffe Z., Tsukernik A. et al. A Complete Scheme for Creating Predefined Networks of
Individual Carbon Nanotubes // Nano Letters. — 2007. — 7, N 9. — P. 2666—2671.
42. Lee J.-H., Kim M.-G., Yoo B. et al. Biogenic formation of photoactive arsenic-sulfide nanotubes by
Shewanella sp. strain HN-41 // Proc. Nat. Acad. Sci. — 2007. — 104, N 51. — P. 20410—20415.
43. Wang M.C.P., Gates B.D. Directed assembly of nanowires // Materials Today. — 2009. — 12,
N 5. — P. 34.
44. Li H., Carter J.D., LaBean T.H. Nanofabrication by DNA self-assembly // Ibid. — 2009. — 12,
N 5. — P. 24.
45. Hangarter C.M., Myung N.V. Magnetic alignment of nanowires // Chem. Mater. — 2005. — 17,
N 6. — P. 1320.
26
46. Liu M., Lagdani J., Imrane H. Self-assembled magnetic nanowire arrays // Appl. Phys. Lett. —
2007. — 90, N 10. — P. 103105.
47. Zhou R., Chang H.-C., Protasenko V. et al. CdSe nanowires with illumination-enhanced conductivi-
ty: Induced dipoles, dielectrophoretic assembly, and field-sensitive emission // J. Appl. Phys. —
2007. — 101, N 7. — P. 703—704.
48. Dingqu W., Rong Z., Zhaoying Z., Xiongying Ye. Controlled assembly of zinc oxide nanowires using
dielectrophoresis // Appl. Phys. Lett. — 2007. — 90, N 10. — P. 103—110.
49. Pelesko J.A. Self Assembly: The science of things that put themselves together. — Chapman &
Hall/CRC Press, 2007.
50. Lehn J.-M. Perspectives in Supramolecular Chemistry-From Molecular Recognition towards Molec-
ular Information Processing and Self-Organization // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. — 1988. — 27,
N 11.
51. Yan H., Park S.H., Finkelstein G. et al. DNA-templated self-assembly of protein arrays and highly
conductive nanowires // Science. — 2003. — 301, N 5641. — P. 1882—1884.
52. Mirkin C.A., Letsinger R.L., Mucic R.C., Storhoff J.J. A DNA-based method for rationally assembling
nanoparticles into macroscopic materials // Nature. — 1996. — 382, N 6592. — P. 607—609.
53. Fahmi A., Pietsch T., Mendoza C., Cheval N. Functional hybrid materials // Materials Today. —
2009. — 12, N 5. — P. 44.
54. Lin Y., Bker A., He J. et al. Self-directed self-assembly of nanoparticle/copolymer mixtures // Na-
ture. — 2005. — 434, N 55.
Институт физики полупроводников
Получено 05.02.2009
им. В.Е. Лашкарева
НАН Украины,
Проспект Науки, 41
03028 Киев
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-115513 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7577 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:46:30Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Свечников, Г.С. Морозовская, А.Н. 2017-04-06T12:41:48Z 2017-04-06T12:41:48Z 2010 Наноинтеграция и самосборка в нано-электронике (обзор) / Г. С. Свечников, А. Н. Морозовская // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 45. — С. 11-26. — Бібліогр.: 54 назв. — рос. 0233-7577 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115513 621.15 Обзор охватывает современные принципы интеграции и самосборки наноразмерных элементов, их массивов и иерархических структур в электронике. В качестве материалов для наноинтеграции рассмотрены углеродные нанотрубки, графен и клатраты; описаны методы их интеграции для ячеек памяти, наногенераторов, одноэлектронных туннельных и полевых транзисторов, адгезионных материалов и альтернативные технологии самосборки. Показано, что интеграция нанокомпонентов в элементы и массивы возможна с помощью микротехнологии и самосборки. При этом кремниевые материалы могут потерять свою главенствующую роль, уступив место другим неорганическим (углеродным нанотрубкам, графену и клатратам) и органическим соединениям (полимерам и фрагментам ДНК). Особый интерес представляет интеграция комбинации наноэлектроники и наноразмерной оптоэлектроники с микромеханикой. Такая наноинтеграция обладает широкой функциональностью и, возможно, приведет к созданию принципиально новых МЭМС и НЭМС. The review is devoted to the modern principles of integration and self-assembling of nanosized elements, their arrays and hierarchical structures in electronics. We consider carbon nanotubes, graphene and clatrates as materials for nanointegration. Me-thods of their integration into the memory cells, nanogenerators, single-electron and field-effect transistors, adhesive materials and alternative self-assembling technologies are studied. It is show that nanocomponents integration in the elements and their arrays is possible by means of microtechnology and self-assembling, in so doing silicon materials could loose their leadership as compared to other inorganic (carbon nanotubes, grapheme, clatrates) and organic compounds (polymers and DNA fragments). The integration of the nanoelectronics and nanosized optoelectronics with micromechanics is of particular interest. Such integration has broad functionality and could potentially lead to principally new MEMS and NEMS. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Оптоэлектроника и полупроводниковая техника Наноинтеграция и самосборка в нано-электронике (обзор) Nanointegration and self-assembling in nanoelectronics (review) Article published earlier |
| spellingShingle | Наноинтеграция и самосборка в нано-электронике (обзор) Свечников, Г.С. Морозовская, А.Н. |
| title | Наноинтеграция и самосборка в нано-электронике (обзор) |
| title_alt | Nanointegration and self-assembling in nanoelectronics (review) |
| title_full | Наноинтеграция и самосборка в нано-электронике (обзор) |
| title_fullStr | Наноинтеграция и самосборка в нано-электронике (обзор) |
| title_full_unstemmed | Наноинтеграция и самосборка в нано-электронике (обзор) |
| title_short | Наноинтеграция и самосборка в нано-электронике (обзор) |
| title_sort | наноинтеграция и самосборка в нано-электронике (обзор) |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/115513 |
| work_keys_str_mv | AT svečnikovgs nanointegraciâisamosborkavnanoélektronikeobzor AT morozovskaâan nanointegraciâisamosborkavnanoélektronikeobzor AT svečnikovgs nanointegrationandselfassemblinginnanoelectronicsreview AT morozovskaâan nanointegrationandselfassemblinginnanoelectronicsreview |