Современная электроника №3/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 3 / 2023 Квантовые электронные компоненты Часть 1. Молекулярная электроника и квантовые точки Увеличение функциональных возможностей единицы объёма электронного устройства является основной тенденцией развития современной микроэлектроники . Для того чтобы в каждую полупроводниковую микросхему можно было встроить больше новых и сложных функций , базовый транзистор должен стать меньше , а его энергопотребление должно быть сведено к минимуму . Решить эту задачу помогают нанотехнологии , результаты разработок которых достигли за последние десятилетия впечатляющих результатов . Были разработаны нанопроволоки , нанопроводники , нанотрубки , наноточки , наноплоскости , нанотранзисторы . Технические аспекты производства этих изделий относятся к компетенции так называемой междисциплинарной научной дисциплины , получившей название « молекулярная электроника ». Это направление рассмотрено в первой части статьи . Кроме того , в первой части описаны основные типы квантовых точек . Вторая часть статьи посвящена квантовым транзисторам . Виктор Алексеев , к . ф - м . н Введение Основная тенденция развития совре - менной электроники связана с мини - атюризацией комплектующих . Задача заключается в том , чтобы увеличить функциональные возможности еди - ницы объёма электронного устрой - ства . Эта тенденция проявляется в многочисленных примерах , кото - рые можно повсеместно наблюдать в окружающей нас действительно - сти . Мобильный телефон , весивший когда - то на заре своего существова - ния несколько килограммов , сегодня размещается в наручных смарт - часах . Первые огромные навигаторы сегод - ня выглядят , как маленькая бирка , которую можно прикрепить к ошей - нику собаки или кошки . Авиационная и космическая техника , микроминиа - тюрные медицинские камеры и многие другие электронные устройства пора - жают воображение соотношением раз - меров и возможностей . Для увеличения количества полу - проводниковых микросхем , установ - ленных на ограниченной поверх - ности кремниевой (Si) подложки , естественно , необходимо уменьшить размер самой полупроводниковой микросхемы . Для того чтобы в каж - дую полупроводниковую микросхему можно было встроить больше новых и сложных функций , базовый транзи - стор должен стать меньше , а его энер - гопотребление должно быть сведено к минимуму . Лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман в 1959 году во время ежегод - ного собрания Американского физи - ческого общества (California Institute of Technology) прочитал лекцию под названием « На дне есть избыток сво - бодного пространства » (There’s Plenty of Room at the Bottom). В этой лекции Фейнман предсказал появление в бли - жайшем будущем устройств , работаю - щих на молекулярном уровне [1]. Можно полагать , что эта лекция послужила основанием для зарож - дения нового научного направления манипулирования материей на атом - но - молекулярном уровне . В настоящее время данное направление получило название « нанонаука ». Идеи Фейнма - на развивались по двум направлениям этой науки : «top-down» и «bottom-up». Подход «top-down» подразуме - вает чисто механическое создание устройств с размерами десятки нано - метров . Примером могут служить современные микрочипы . Напри - мер , площадь битовой ячейки SRAM в последней серии микросхем N3 TSMC имеет размеры 140×140 мкм , а соеди - нительные проводники – несколько нанометров . На одном квадратном миллиметре кристалла такого чипа содержатся сотни миллионов транзи - сторов [2]. За шестьдесят лет , прошедшие со дня легендарной фейнмановской лекции , нанонаука и нанотехнологии достигли фантастических результатов . Некото - рые открытия стали реальными про - рывными научными событиями науч - но - технического прогресса [3]. Перечислять все эти достижения в рамках данной статьи не представля - ется возможным . В качестве наиболее интересных раз - работок , которые внесли существен - ный вклад в развитие микроэлектро - ники , можно отметить следующие : ● 1974 г ., Mark A. Ratner, Arieh Aviram « Основы молекулярной электрони - ки » [4]; ● 1981 г ., Alexey Ekimov « Открытие на - нокристаллических квантовых точек в стеклянной матрице » [5]; ● 1983 г ., Louis Brus « Открытие колло - идных квантовых точек » [6]; ● 1987 г ., Dimitri Averin, Konstantin Likharev « Транзистор с одноэлек - тронным туннелированием (SET)» [7]; ● 1998 г ., Cees Dekker « Создание тран - зистора с использованием углерод - ных нанотрубок » [8]. Именно эти достижения будут кра - тко рассмотрены в данной статье . Молекулярная электроника Концепция «bottom-up» подразуме - вает пошаговое создание нанострук - тур – атом за атомом или молекула за молекулой с использованием физиче - ских и химических методов синтеза и самосборки . Химический синтез позволяет полу - чать необработанные материалы , кото - рые можно использовать либо непо - средственно в продукте в их объёмной неупорядоченной форме , либо в каче - стве строительных блоков для более совершенных упорядоченных мате - риалов . Метод «bottom-up», при кото - ром атомы или молекулы организуют -