Ôn tập môn học Công nghệ nano

Ôn tập môn học Công nghệ nano Câu 1. Phân tích các giai đoạn phát triển của công nghệ điện tử, định luật Moor và khuynh hướng phát triển công nghệ điện tử. Câu 2) Các phương pháp chế tạo vật liệu nano, ưu nhược điểm của từng phương pháp. Công nghệ điện tử nano thường theo phương pháp nào, tại sao? Câu 3) Khái niệm về công nghệ nano, phân loại vật liệu nano và phân tích một số ứng dụng của công nghệ nano. Câu 4) Các cơ sở khoa học của công nghệ nano, các nguyên lý và hiệu ứng dùng trong công nghệ nano. Câu 5) Năng lượng bề mặt, các phương pháp giảm năng lượng bề mặt, tại sao phải giảm năng lượng bề mặt? Tập hợp câu hỏi và đáp án môn học công nghệ nano

MỤC LỤC Điện tử học truyền thống được hình thành và phát triển chủ yếu trong thế kỷ 20 và trải qua hai giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất, bắt đầu vào khoảng cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 cho đến tận những năm 70 (thậm chí những năm 80 vẫn còn sử dụng). Đây là thời kỳ của điện tử chân không đánh dấu bằng sự ra đời của ống tia cathode (cathode ray tube, CRT) Braun (1900) và phát triển dựa trên các đèn điện tử chân không. Kỹ thuật điện tử đặc thù của giai đoạn này là sử dụng điện tích của điện tử ở trong chân không và điều khiển chúng bằng điện trường (việc kết hợp sử dụng từ trường chủ yếu là để lái chùm tia điện tử trong các màn hình sử dụng ống CRT). Giai đoạn thứ hai, bắt đầu từ cuối thập kỷ 40, đầu thập kỷ 50 đến tận thập kỷ đầu của thế kỷ 21. Đây là giai đoạn phát triển của điện tử bán dẫn, trong đó điện tích của điện tử trong chất rắn (bán dẫn) được sử dụng và cũng được điều khiển chủ yếu bằng điện trường (một số kiểu linh kiện khác, như các linh kiện Hall, có sử dụng từ trường bên cạnh điện trường). Giai đoạn thứ hai cũng phát triển qua hai giai đoạn: giai đoạn đầu (1950-1980) là thời kỳ phát triển của công nghệ vi điện tử trên cơ sở vật liệu silic; giai đoạn sau (1980- 2000) phát triển dựa vào công nghệ vi điện tử nhưng trên các vật liệu có cấu trúc tiếp xúc dị thể kim loại-ôxýt-bán dẫn (MOS), cấu trúc bù MOS (CMOS) và sử dụng hiệu ứng trường (FET). Bên cạnh đó, công nghệ lưu trữ thông tin cũng phát triển hết sức mạnh mẽ, đặc biệt là trong nửa cuối của thế kỷ 20. Sự phát triển mạnh của công nghệ điện tử chất rắn (bán dẫn) trong thế kỷ 20 (chủ yếu ở nửa sau của thế kỷ) cùng với sự phát triển của công nghệ lưu trữ thông tin, đã dẫn đến sự bùng nổ của các công nghệ điện tử-tin học-viễn thông, làm thay đổi hoàn toàn bộ mặt của đời sống toàn cầu trong thời gian qua với các thành tựu tiêu biểu là mạng internet, các thiết bị thông tin di động và các thiết bị ngày càng thông minh hơn. Tuy nhiên, gần đây công nghệ điện tử chất rắn đã bắt đầu bộc lộ những hạn chế về nguyên tắc, mâu thuẫn mang tính chất kinh tế (Định luật Moore II): giá thành nhà máy chế tạo chip tăng lên gấp đôi sau 3 năm, trong khi thị trường tiêu thụ IC đã tăng gấp đôi sau 5 năm. Thứ hai là hạn chế về mặt vật lý: mặc dù vật lý bán dẫn được dựa trên cơ học lượng tử, song các điện tử được sử dụng vẫn có tính chất “tập thể” ở trong tinh thể bán dẫn có kích thước vĩ mô. Do đó các quy luật vật lý được sử dụng vẫn có tính chất “cổ điển”. Khi kích thước của các linh kiện ngày càng nhỏ, hiện nay đã xuống đến kích thước nanômét, sự thăng giáng thống kê sẽ lớn và các quy luật lượng tử đã bắt đầu có hiệu lực, chi phối tính chất của linh kiện và xuất hiện những tính chất mới. Công nghệ Nano Page 1 Sang thế kỷ 21, khuynh hướng phát triển chung của công nghệ điện tử bán dẫn sẽ là công nghệ nano, hình thành nên cái gọi là điện tử học nanô (nanoelectronics, so sánh thuật ngữ này với thuật ngữ vi điện tử, microelectronics). Sự phát triển công nghệ và sự cạnh tranh công nghiệp đã đưa công nghiệp bán dẫn sản sinh ra các dụng cụ điện tử nhỏ hơn, nhanh hơn, mạnh hơn. Mức độ tích hợp tăng gấp đôi sau mỗi 18-24 tháng theo luật Moore, mật độ tích hợp các linh kiện trên chip tăng theo hàm mũ. 1965, Intel chế tạo một cái chip có diện tích vài cm 2 chứa 30 transistor. Chip này đủ "thông minh" để làm công việc đơn giản cộng trừ nhân chia thay cho cái bàn tính. tháng 11 năm 2007 Intel tung ra thị trường thế giới một transistor mới với kích cỡ 45 nanomét, dùng một nguyên tố gọi là hafnium để thay thế silicon. Transistor này nhỏ đến mức người ta có thể xếp 2000 transistor này trong một khoảng không gian dày bằng sợi tóc. Hàng tỉ transistor được tập tích trong một chip vi tính cũng chỉ to vài cm 2 . Vấn đề chính của các transistor thu nhỏ là sự phát nhiệt. Càng được thu nhỏ, transistor càng nóng. Sự phát nhiệt làm tổn hại và giảm công năng của các dụng cụ điện tử Nhu cầu thu nhỏ hơn nữa và tránh sự phát nhiệt cần phải nhờ đến giải pháp "từ dưới lên" của công nghệ nano và khái niệm "phân tử điện tử học" (molecular electronics) ra đời. ống than nano có đặc tính dẫn điện đạn đạo (ballistic conductivity) mà không gây sự phát nhiệt. Năm 2000, Intel giới thiệu pentium 4 gồm 42 triệu tranzito, một thành tựu công nghệ kinh hoàng. Việc tăng mật độ mạch thực hiện bằng cách rút ngắn đường dây nối mạch, bằng cách giảm kích thước các chức năng, tạo ra các lớp cấu trúc dụng cụ đa mức mỏng hơn. Các thay đổi này thực hiện nhờ kỹ thuật sản xuất và các vật liệu cấu trúc. 2) Các phương pháp chế tạo vật liệu nano, ưu nhược điểm của từng phương pháp. Công nghệ điện tử nano thường theo phương pháp nào, tại sao? Chế tạo vật liệu nano Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp từ trên xuống (top-down) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up). Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn; phương pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử. 1. Phương pháp từ trên xuống Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano. Đây là các phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất Công nghệ Nano Page 2 hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu). Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối. Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay (còn gọi là nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột đến kích thước nano. Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều (các hạt nano). Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạng cực lớn(có thể >10) mà không làm phá huỷ vật liệu, đó là các phương pháp SPD điển hình. Nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng nóng, còn ngược lại thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm). Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp. Hình 1-3 Các màng nano Si chế tạo theo hướng trên xuống a) Khắc các lỗ hổng qua lớp Si loại P+ và đế Si b) Phủ lớp SiO 2 có độ sâu điều chỉnh được độ sâu c) Lắng đọng lớp Si đa tinh thể trên lớp ôxit và khắc lỗ d) Nghiền tách lớp cấu trúc bằng axit Flohydric, tự các màng tách thành các phần tử vừa với đoạn nano có các đặc tính sử dụng theo kiến trúc nano điều khiển được. 2. Phương pháp từ dưới lên Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. Phương pháp từ dưới lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này. Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai phương pháp hóa-lý. Công nghệ Nano Page 3 * Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang). Phún xạ là kỹ thuật chế tạo màng mỏng dựa trên nguyên lý truyền động năng bằng cách dùng các iôn khí hiếm được tăng tốc dưới điện trường bắn phá bề mặt vật liệu từ bia vật liệu, truyền động năng cho các nguyên tử này bay về phía đế và lắng đọng trên đế. Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh). Phương pháp vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính. * Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion. Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel, ) và từ pha khí (nhiệt phân, ). Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, * Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí, Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, Hình 1-4 giới thiệu cây PAMAM (Polyamido Amine) được phát triển theo phương pháp tổng hợp trực giao từ các lõi amin, trường hợp từ amoniac bằng cách thêm dãy Methyl (metyla), tiếp theo là phản ứng độc lập ethylene diamine (hợp chất hữu cơ bao gồm hai nhóm amino). Các cây PAMAM được phân loại từ tạo sinh trưởng G 0 , G 1 , G 2 . Công nghệ Nano Page 4 Hình 1-4 Phát triển cây PAMAM Câu 3) Khái niệm về công nghệ nano, phân loại vật liệu nano và phân tích một số ứng dụng của công nghệ nano. I. Một vài khái niệm về công nghệ nano Công nghệ nano là công nghệ xử lý vật chất ở mức nanomet. Công nghệ nano tìm cách lấy phân tử đơn nguyên tử nhỏ để lắp ráp ra những vật to kích cỡ bình thường để sử dụng, đây là cách làm từ nhỏ đến to khác với cách làm thông thường từ trên xuống dưới, từ to đến nhỏ. Vật liệu ở thang đo nano, bao gồm các lá nano, sợi và ống nano, hạt nano được điều chế bằng nhiều cách khác nhau. Ở cấp độ nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài của loại vật liệu này. Phân Loại Vật liệu Nano: Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét. Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí. Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí. Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau: Công nghệ Nano Page 5 • Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ, đám nano, hạt nano • Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ, dây nano, ống nano, • Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ, màng mỏng, • Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau. Để hiểu rõ về công nghệ nano, ta phải tìm hiểu khái niệm về vật liệu nano II. Những ứng dụng của công nghệ nano Trong ngành công nghiệp hiện nay, các tập đoàn sản xuất điện tử đã bắt đầu đưa công nghệ nano vào ứng dụng, tạo ra các sản phẩm có tính cạnh tranh từ chiếc máy nghe nhạc iPod nano đến các con chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lý cực nhanh … Trong y học, để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa các phân tử thuốc đến đúng các tế bào ung thư qua các hạt nano đóng vai trò là “ xe tải kéo”, tránh được hiệu ứng phụ gây ra cho các tế bào lành. Ngoài ra, các nhà khoa học tìm cách đưa công nghệ nano vào việc giải quyết các vấn đề mang tính toàn cầu như thực trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Việc cải tiến các thiết bị quân sự bằng các trang thiết bị, vũ khí nano rất tối tân mà sức công phá khiến ta không thể hình dung nổi. Câu 4) Các cơ sở khoa học của công nghệ nano, các nguyên lý và hiệu ứng dùng trong công nghệ nano. Có ba cơ sở khoa học để nghiên cứu công nghệ nano. Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm 3 có khoảng 10 12 nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ một chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử. Công nghệ Nano Page 6 Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối. Kích thước tới hạn Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu. Ví dụ điện trở của một kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích thước vĩ mô mà ta thấy hàng ngày. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà thường có giá trị từ vài đến vài trăm nm, thì định luật Ohm không còn đúng nữa. Lúc đó điện trở của vật có kích thước nano sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử. Không phải bất cứ vật liệu nào có kích thước nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất mà nó được nghiên cứu. Các tính chất khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các tính chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm. Chính vì thế mà người ta gọi ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa học nano và công nghệ nano. Bảng 1: Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu. Lĩnh vực Tính chất Độ dài tới hạn (nm) Tính chất điện Bước sóng điện tử 10-100 Quãng đường tự do trung bình không đàn hồi 1-100 Hiệu ứng đường ngầm 1-10 Tính chất từ Độ dày vách đômen 10-100 Quãng đường tán xạ spin 1-100 Tính chất quang Hố lượng tử 1-100 Độ dài suy giảm 10-100 Độ sâu bề mặt kim loại 10-100 Tính siêu dẫn Độ dài liên kết cặp Cooper 0,1-100 Công nghệ Nano Page 7 Độ thẩm thấu Meisner 1-100 Tính chất cơ Tương tác bất định xứ 1-1000 Biên hạt 1-10 Bán kính khởi động đứt vỡ 1-100 Sai hỏng mầm 0,1-10 Độ nhăn bề mặt 1-10 Xúc tác Hình học topo bề mặt 1-10 Siêu phân tử Độ dài Kuhn 1-100 Cấu trúc nhị cấp 1-10 Cấu trúc tam cấp 10-1000 Miễn dịch Nhận biết phân tử 1-10 Các nguyên lý và hiệu ứng dùng trong công nghệ Nano Một trong những tính chất quan trọng của cấu trúc nano là sự phụ thuộc vào kích thuớc. Vật chất khi ở dạng vi thể (nano-size) có thể có những tính chất mà vật chất khi ở dạng nguyên thể (bulk) không thể thấy đuợc. Khi kích thuớc của vật chất trở nên nhỏ tới kích thuớc nanômét, các điện tử không còn di chuyển trong chất dẫn điện như một dòng sông, mà đặc tính cơ lượng tử của các điện tử biểu hiện ra ở dạng sóng. Kích thuớc nhỏ dẫn đến những hiện tượng lượng tử mới và tạo cho vật chất có thêm những đặc tính kỳ thú mới. Một vài hệ quả của hiệu ứng lượng tử bao gồm, chẳng hạn như: • Hiệu ứng đường hầm : điện tử có thể tức thời chuyển động xuyên qua một lớp cách điện. Lợi điểm của hiệu ứng này là các vật liệu điện tử xây dựng ở kích cỡ nano không những có thể được đóng gói dầy đặc hơn trên một chíp mà còn có thể hoạt động nhanh hơn, với ít điện tử hơn và mất ít năng lượng hơn những transistor thông thường. • Sự thay đổi của những tính chất của vật chất chẳng hạn như tính chất điện và tính chất quang phi tuyến (non-linear optical). Bằng cách điều chỉnh kích thuớc, vật chất ở dạng vi mô có thể trở nên khác xa với vật chất ở dạng nguyên thể. Công nghệ Nano Page 8 • Hiện nay liên hệ giữa tính chất của vật chất và kích thước là chúng tuân theo "định luật tỉ lệ" (scaling law). Những tính chất căn bản của vật chất, chẳng hạn như nhiệt độ nóng chảy của một kim loại, từ tính của môt chất rắn (chẳng hạn như tính sắt từ và hiện tượng từ trễ), và band gap của chất bán dẫn (semiconductor) phụ thuộc rất nhiều vào kích thước của tinh thể thành phần, miễn là chúng nằm trong giới hạn của kích thước nanômét. Hầu hết bất cứ một thuộc tính nào trong vật rắn đều kết hợp với một kích thước đặc biệt, và duới kích thước này các tính chất của vật chất sẽ thay đổi. Mối quan hệ này mở đường cho sự sáng tạo ra những thế hệ vật chất với những tính chất mong muốn, không chỉ bởi thay đổi thành phần hóa học của các cấu tử, mà còn bởi sự điều chỉnh kích thuớc và hình dạng. Các thiết bị dùng trong việc nghiên cứu và quan sát các cấu trúc nano Một trong những thiết bị được sử dụng nhiều trong công nghệ nano là kính hiển vi quét sử dụng hiệu ứng đường ngầm (Scanning Tunneling Microscope - STM). Nó chủ yếu bao gồm một đầu dò cực nhỏ có thể quét trên bề mặt. Tuy nhiên, do đầu dò này chỉ cách bề mặt của vật cần quan sát vào khoảng vài nguyên tử và đầu dò có cấu trúc tinh vi (kích thuớc cỡ chừng khoảng vài phân tử hoặc nguyên tử), cho hiệu ứng cơ lượng tử xảy ra. Khi đầu dò được quét trên bề mặt, do hiệu ứng đường ngầm, các điện tử có thể vượt qua khoảng không gian giữa bề mặt của vật liệu và đầu dò. Kỹ thuật này làm cho một máy tính có thể xây dựng và phóng đại những hình ảnh của phân tử và nguyên tử của vật chất. Những phương tiện dụng cụ khác bao gồm: • Molecular beam epitaxy • Molecular self-assembly • Electron beam lithography • Focused ion beam • Electron microsopy • X-ray crystallography • NMR (nuclear magnetic resonance) spectroscopy • AFM (Atomic Force Microsopy) • SEM (Scanning Electron Microscopy) Công nghệ Nano Page 9 • TEM (Transmission Electron Microscopy) Câu 5) Năng lượng bề mặt, các phương pháp giảm năng lượng bề mặt, tại sao phải giảm năng lượng bề mặt? Nguyên tử và phân tử trên bề mặt chất rắn có ít lân cận gần nhất hoặc số lượng phù hợp vì vậy sẽ có các liên kết lúc lắc trên bề mặt. Do các liên kết lúc lắc trên bề mặt mà các nguyên tử và phân tử bề mặt chịu lực trực tiếp phía trong và khoảng cách giữa các nguyên tử và phân tử hoặc các nguyên tử và phân tử bề mặt phụ nhỏ hơn khoảng cách giữa các nguyên tử và phân tử bên trong. Khi các hạt rắn rất nhỏ, kích thước ràng buộc giữa các nguyên tử bề mặt và các nguyên tử bên trong giảm đáng kể, các hằng số lưới của các hạt toàn phần cũng giảm đáng kể. Năng lượng phụ có được của các nguyên tử bề mặt được xem như năng lượng bề mặt, năng lượng bề mặt tự do hoặc sức căng bề mặt. Năng lượng bề mặt γ được định nghĩa là năng lượng cần để tạo ra một đơn vị diện tích bề mặt mới: PTn i A G ,,       ∂ ∂ = γ (2.1) với A là diện tích bệ mặt Đối với một bề mặt đã cho với diện tích bề mặt cố định, năng lượng bề mặt có thể giảm qua: (i) Sự dãn bề mặt, các nguyên tử bề mặt hoặc các ion dịch vào trong mà nó xảy ra trong chất lỏng dễ dàng hơn bề mặt chất rắn do cấu trúc chất rắn cứng hơn. (ii) Tái cấu trúc bề mặt qua việc kết hợp các liên kết lúc lắc bề mặt thành các liên kết hoá học căng mới. (iii) Sự hút bám bề mặt qua việc hút bám hoá học hoặc vật lý các loại hoá chất thành bề mặt nhờ hình thành những liên kết hoá học hoặc những lực hút yếu như là các lực tĩnh điện hoặc các lực van der Waals. (iv) Phân đoạn kết hợp hoặc làm giàu pha tạp trên bề mặt bằng cách khuếch tán trạng thái rắn. Một hướng khác để giảm năng lượng bề mặt là phân đoạn kết hợp hoặc làm giàu pha tạp trên bề mặt. Phương pháp này hiệu quả với chất lỏng, không giống như chất rắn. Trong các chất rắn nguyên thể, phân đoạn kết hợp là không đáng kể nên năng lượng hoạt hoá yêu cầu cho khuếch tán trạng thái rắn là cao, độ dài khuếch tán lớn. Trong các cấu trúc nano và vật liệu nano, phân đoạn pha đóng vai trò đáng kể để giảm năng lượng bề mặt, xem như tác động mạnh đến năng lượng bề mặt và độ dài khuếch tán ngắn. Mặc dù chưa có được minh chứng thực tế để chỉ ra tác động của phân đoạn kết hợp vào việc giảm năng lượng bề mặt trong các vật liệu cấu trúc nano, sự khó khăn trong việc pha tạp vật Công nghệ Nano Page 10 [...]... ý rằng, độ lợi công suất lớn không làm tiêu hao công suất lớn Công suất chỉ được lấy ra khi cần khôi phục các mức lôgic Trong QCA, chỉ có số lượng công suất xác định không hơn Vì vậy, một hệ thống QCA có độ lợi công suất khi cần nhưng tiêu hao năng lượng thấp Để chứng minh độ lợi công suất, trước hết phải định nghĩa: độ lợi công suất là tỷ số công suất chuyển giao bởi một tế bào với công suất đặt vào... suất đặt vào tế bào ấy: Pout Wout / T = Pin Win / T Công nghệ Nano (2.11) Page 30 Wout là công thực hiện bởi tế bào và W in là công sinh ra trên tế bào và T là chu kỳ tín hiệu Để chứng minh công suất, đo công sinh ra trên tế bào bởi đầu vào qua một chu kỳ clock, đồng thời với công sinh ra bởi tế bào vào tế bào kế tiếp và so sánh chúng Công tính theo công thức: (2.12) V là điện áp tại một bước tế bào... hồ chỉ thị rằng chốt L1 thực hiện công trên chốt L2 Công nghệ Nano Page 31 Hình 2-30 a) Thanh ghi dịch đơn giản b) Sơ đồ mô tả độ lợi công suất thực nghiệm c) Công đo thực nghiệm bởi và trên chốt L2, độ lợi công suất 2,07 Tuy nhiên, thị vẽ Q-V cho L3 (hình dưới 2-30c) cho biết chiều ngược chiều kim đồng hồ chỉ thị rằng chốt L2 thực hiện công trên chốt L3 Vì vậy mà công được thực hiện cùng chiều như... đơn trong phân tử Câu 14: Độ lợi công suất QCA, phân tích cách xác định độ lợi công suất của tế bào QCA qua mô phỏng thanh ghi dịch + Độ lợi (khuếch đại) công suất QCA Độ lợi công suất là một yêu cầu quan trọng đối với các linh kiện điện tử thực tế Độ lợi công suất cho phép các phần tử lôgic khôi phục lại các mức tín hiệu và loại trừ nhiễu trong hệ thống Thiếu độ lợi công suất, năng lượng tín hiệu đặt... giữ được những đặc tính hoá học của nó Nguyên tắc tổng hợp các linh kiện phân tử theo cơ chế lượng tử, ứng dụng công nghệ chế tạo dưới lên bottom-up Các linh kiện phân tử thực hiện gộp các phân tử tập hợp theo chức năng Tất cả các vật liệu đều kết hợp từ các nguyên tử (NT) và các phân tử (PT) Chế tạo các linh kiện vi điện tử microelectronic sử dụng các công nghệ Công nghệ Nano Page 36 ... nối đó Thực tế có thể đo công bằng cách đo điện áp bước và khi các bước tới tế bào được nối qua các tụ Điện tích xác định qua điện áp trên mỗi cực tụ và giá trị của tụ Qua mỗi chu kỳ clock, vẽ V theo Q hình thành một vòng mà diện tích của nó là công và hướng đi của vòng sinh công bởi tế bào hoặc trên tế bào Theo chiều kim đồng hồ là công trên tế bào, ngược chiều kim đồng hồ là công sinh bởi tế bào Theo... trường Độ lợi công suất trong các thiết bị lôgic số khác so với các thiết bị khuếch đại tuyến tính do các linh kiện lôgic là các bộ khuếch đại bão hoà Trong các hệ thống có các bộ khuếch đại bão hoà, độ lợi công suất xảy ra chỉ khi tín hiệu đầu vào yếu Khi tín hiệu đầu vào khoẻ, tín hiệu đầu ra bằng đầu vào và độ lợi công suất bằng đơn vị Trong các lôgic số thông thường, tín hiệu vào cổng yếu, công suất... dưới cho ta độ lợi công suất Tỷ số tính toán từ hỉnh 2-30c là 2,07 và chứng tỏ rằng các tế bào khoá (clocked) QCA có thể cho độ lợi công suất thật Câu 15: SPINTRONICS, nguyên tắc xây dựng, vật liệu và các ưu điểm của việc sử dụng spin thay thế các điện tích điện tử - Nguyên tắc xây dựng: Công nghệ Nano Page 32 Spintronics, là một hướng mới hình thành và đang phát triển của điện tử học (electronics),... đổi theo đường kính cụm palladium Công nghệ Nano Page 12 Như vậy, sự gia tăng đáng kể về tỷ lệ nguyên tử bề mặt với các nguyên tử bên trong các cấu trúc nano và các vật liệu nano minh họa tại sao sự thay đổi trong phạm vi kích thước nanomet được dự kiến sẽ dẫn đến thay đổi lớn về các tính chất vật lý và hóa học của vật liệu b Các hiệu ứng vật lý cơ bản trong cấu trúc nano phân tử * Hiệu ứng xuyên hầm... bao gồm: i Kết hợp các cấu trúc nano riêng biệt thành cấu trúc lớn và như vậy giảm được diện tích bề mặt Thực hiện bằng cách trộn chung các cấu trúc nano riêng biệt lại hoặc Công nghệ Nano Page 11 cấy cấu trúc lớn cạnh các cấu trúc nhỏ Theo cách thứ nhất có thể thực hiện với nhiện độ trong phòng, cách kia cần nhiệt độ cao hơn ii Tích tụ các cấu trúc nano riêng biệt, không cần thay đổi cấu trúc tại sao