1. Trang chủ
  2. » Sinh học lớp 12

Bài giảng: Công nghệ Điện tử nano

7 6 1

Đang tải... (xem toàn văn)

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 7
Dung lượng 3,54 MB

Nội dung

[r]

(1)

CÔNG NGH  ĐI N T  NANO N i dung

Chương 1 Khái ni m chung 1.1Gi i thi u 

1.2 Công ngh  vi đi n t ệ ử 1.3 Công ngh  nano

1.3.1 Khái ni m  Công ngh  nanô

1.3.2  Phân lo i v t li u nanoạ ậ ệ

1.3.3 C  s  khoa h c c a công ngh  nanoơ ở ọ ủ

1.3.4 Ch  t o v t li u nanoế ạ ậ ệ

1.3.5  ng d ng công ngh  nano

1.3.6 Các nguyên lý và hi u  ng dùngệ ứ

1.3.7 Các thi t b  dùng trong vi c nghiên c u và quan sát các ế ị

       c u trúc nano

Chương 2 V t li u và linh ki n nanoậ ệ 2.1 C u trúc nano và v t li u nano ậ ệ

2.1.1 Tính ch t hóa lý b  m t v t r n ề ặ ậ ắ

2.1.2 Năng lượng b  m tề ặ

2.1.3 Các hi u  ng v t lý c  b n trong c u trúc nano phân tệ ứ ơ ả

2.2  ng nano các bon ( carbon nanotubes­ CNTs)

2.3  Đi n t  phân t  vàệ ử  ch m l ượng t  trong các linh ki n nanô 2.4 Các linh ki n đ n đi n t ơ ệ ử

2.5 Ph n t  t  đ ng t  bào ch m lầ ự ộ ế ượng t   (Quantum­Dot Cellular Automata_QCA) 2.5.1 Khái ni m QCA

2.5.2 QCA Th c nghi m

2.5.3 T  bào QCA ế

2.5.4 Thanh ghi d ch QCA

2.5.5 Đ  l i công su t QCAộ ợ

2.5.6 QCA phân t

2.6 SPINTRONICS

     2.6.1 Gi i thi u chung

     2.6.2 M t s  kh  năng khai thác SPIN và nh ng linh ki n tiêu bi uộ ố Chương 3 Các linh ki n và t ng h p linh ki n phân t

(2)

     3.1.2 Vi m ch phân t

3.2 Các linh ki n đi n t  phân t  đa đi n c c hi u  ng l ệ ử ệ ứ ượng t 3.3 Các linh ki n nano phân t  trong thi t k  máy tính nano ế ế

     3.3.1 Nh ng v n đ  chung

3.3.2 Linh ki n và k t n i ế ố

Chương 1 Khái ni m chung 1.1 Gi i thi u 

Ngày nay các ngành công ngh  cao hàng đ u trên th  gi i đang t p trungệ ầ ế ậ   vào: Info – công ngh  thông tin, Bio – công ngh  sinh h c và Nano – côngệ ệ ọ   ngh  siêu nh  V y Nano là gì? và vì sao cơng ngh  Nano có th  sánhệ ỏ ậ ệ ể   ngang t m v i công ngh  thông tin và công ngh  sinh h c?ầ ệ ệ ọ

Cơng ngh  Nano (Nanotechnology), hay cịn g i là s n xu t phân t , làệ ọ ả ấ   m t ngành khoa h c k  thu t th c hi n thi t k  và s n xu t các m ch đi nộ ọ ỹ ậ ự ệ ế ế ả ấ ệ   t  và thi t b  c c nh    ử ế ị ự ỏ c p đ  phân t  c a v t thấ ử ủ ể. Vi n công ngh  Nanoệ ệ   Anh qu c (Institute of Nanotechnology) đ nh nghĩa Nano là  ố ị “m t ngànhộ   khoa h c và cơng ngh  mà   đó các kích thọ ướ ừc t  0,1nm (Nanomét) t iớ   100nm đóng vai trị ch  đ o”ủ ạ  Nanomét là đ n v  đo lơ ị ường vũ tr  b ng 1ụ ằ   ph n t  mét. Công ngh  Nano thầ ỷ ệ ường đi đôi v i các h  th ng vi c  đi n tớ ệ ố ệ ử  MEMS (micro­electromechanical  systems). Các h  th ng này thệ ố ường sử  d ng cơng ngh  Nano nh ng có th  bao g m c  các cơng ngh  khác   c pụ ệ ể ả ệ ấ   đ  cao h n phân t ộ

Chương trình Nano qu c gia c a M  NNI đ nh nghĩa công ngh  Nanoố ủ ỹ ị ệ   ph i bao hàm:ả

­ Nghiên c u và phát tri n công ngh    c p đ  phân t  ho c vi phân,ứ ể ệ ấ ộ ặ   v i kích thớ ước kho ng 1 – 100 nm.ả

­ T o ra và s  d ng các c u trúc, thi t b  và h  th ng có các đ c tính vàạ ụ ấ ế ị ệ ố ặ   ch c năng m i do kích thứ ướ ực c c nh ỏ

­ Có kh  năng ki m sốt và thao tác   c p đ  ngun t ả ể ấ ộ

Hi n nay, nghiên c u ADN có kích thệ ứ ước 2,5 Nanomét trong khi h ngồ   c u có kích thầ ước kho ng 2,5 micromét. Ch ng h n Nanotube ( ng nano),ả ẳ ố   m t d ng m i c a carbon, độ ủ ược Sumio Iijima tìm ra năm 1991 và được  cơng b  năm 1995.ố

(3)

kho ng th i gian t  khi các thu c tính bán d n c a germanium đả ộ ẫ ủ ược mơ  hình hóa cho đ n khi s n ph m đ u tiên, radio bán d n, ra đ i.ế ả ẩ ầ ẫ

Vi c khám phá ra m t d ng năng lệ ộ ượng m i   c p đ  Nano, C60, hayớ ấ ộ   còn g i là buckyball đã đem l i cho Robert F. Curl Jr., Sir Harold W. Kroto,ọ   và Richard E. Smalley gi i Nobel Hóa h c 1996, m  đ u cho làn sóngả ọ ầ   nghiên c u các đ c tính m i c a C60 cũng nh  các v t li u   c p đ  Nanoứ ặ ủ ậ ệ ấ ộ   khác. Khoa h c Nano đọ ượ ạc t o thu n l i b i nh ng ti n b  v  các thi t bậ ợ ữ ế ộ ề ế ị  hi n vi. Gi i Nobel 1986 v  V t lý đã để ả ề ậ ược trao cho 3 nhà phát minh trong  lĩnh v c này là Ernst Ruska, Gerd Binnig và Heinrich Rohrer. kính hi n viự ể   quét s  d ng hi u  ng đử ụ ệ ứ ường ng m STM (scanning tunneling microscope)ầ   là m t trong nh ng cơng c  cho phép các nhà khoa h c khơng nh ng có thộ ữ ụ ọ ữ ể  quan sát mà còn thao tác được trên các h t, các nguyên t  và ti u phân t  ạ ể ở  c p đ  Nano. Khi cơng ngh  Nano v n cịn trong giai đo n th  nghi m thìấ ộ ệ ẫ ệ   các h t kích thạ ước Nano đã đượ ục s  d ng trong nhi u ngành cơng nghi p.ề ệ   V t li u kích thậ ệ ước Nano được s  d ng trong các ngành đi n t , sinhử ụ ệ   dược, m  ph m, năng lỹ ẩ ượng,  ng d ng v t li u và xúc tác… Các s nứ ụ ậ ệ ả   ph m đem l i nhi u l i nhu n nh t t  các h t Nano là đánh bóng c  hóa,ẩ ề ợ ậ ấ   băng t , xúc tác t  đ ng, s i quang h c… Các v t li u Nano, có th    d ngừ ự ộ ợ ọ ậ ệ ể   b t ho c d ng l ng, thộ ặ ỏ ường được k t h p v i các v t li u khác đ  tăngế ợ ậ ệ ể   cường thêm các ch c năng cho s n ph m.ứ ả ẩ

Các  ng d ng trong ngành đi n t  bao g m:   c ng máy tính, b  nhứ ụ ệ ổ ứ ộ ớ  t , c m  ng, máy dị qu ng và la bàn. Nh  đã bi t, ch  có th  g n các thànhừ ả ứ ặ ế ỉ ể ắ   ph n vào m t chip bán d n   m t gi i h n nh t đ nh. Thông thầ ộ ẫ ộ ấ ị ường, các vi  m ch đạ ược kh c lên chíp b ng cách dùng axít bóc đi m t di n tích nh ắ ằ ộ ệ ỏ   Tuy nhiên, trên lý thuy t, có th  t o ra chíp t  t ng ngun t , giúp choế ể ừ   thi t b  có kích thế ị ước nh  h n r t nhi u so v i cơng ngh  kh c axít.ỏ ấ ề ệ ắ   Phương pháp này s  không t o ra b t k  m t nguyên t  nào không c nẽ ấ ỳ ộ ầ   thi t. Dây d n đi n cơng ngh  Nano (Nanowire) có th  ch  dày 1 ngun t ế ẫ ệ ệ ể ỉ   M t c ng logic ch  c n vài nguyên t  M t bit d  li u có th  độ ổ ỉ ầ ộ ữ ệ ể ược bi uể   hi n b ng s  có m t hay khơng có m t c a m t đi n tích (electron) đ n l ệ ằ ự ặ ặ ủ ộ ệ ẻ

Công ngh  Nano h a h n t o ra th  h  máy tính và thi t b  vi n thơngệ ứ ẹ ế ệ ế ị ễ   m nh h n bao gi  h t. Tuy nhiên, đáng quan tâm nh t và cũng ch a đ ngạ ế ấ ứ ự   nhi u   nguy   c   nh t     nh ng   ng   d ng     nghiên   c u   dề ấ ữ ứ ụ ứ ược   Các  Nanorobot (robot c c nh ) có th  đự ỏ ể ược s  d ng nh  nh ng kháng thử ụ ữ ể  được l p trình.ậ  Khi các vi khu n và vi rút gây b nh liên t c bi n đ i đ  l nẩ ệ ụ ế ổ ể ẩ   tránh thu c, các Nanorobot s  đố ẽ ượ ậc l p trình l i đ  l a tìm và tiêu di tạ ể ự ệ   chúng. M t lo i Nanorobot khác có kh  năng tách r i và tiêu di t t  bàoộ ả ệ ế   ung th

(4)

(1) robot t  đ ng (autonomous) mang m t máy tính Nano đi u khi n nó vàự ộ ộ ề ể   cho phép nó ho t đ ng đ c l p; (2) robot b  (insect) là nh ng robot đ ngạ ộ ộ ậ ọ ữ   nh t thu c m t nhóm robot đấ ộ ộ ược ki m sốt b i m t máy tính trung tâm.ể ộ

Nanorobot có l i ích đ c bi t trong ngành y. M t nhóm robot b  có khợ ặ ệ ộ ọ ả  năng t  b t chự ắ ước (self­replication) có th  ho t đ ng nh  m t lo i v c xinể ộ ộ ắ   phịng ch ng b nh t t. Các robot này th m chí cịn có tác d ng nh  nh ngố ệ ậ ậ ụ ữ   kháng th  hay tác nhân di t vi rút trong ngể ệ ườ ệi b nh b  suy gi m mi n d chị ả ễ ị   hay đ i v i các lo i b nh không bi u hi n trố ệ ể ệ ước các cơng c  ki m traụ ể   truy n th ng. Nanorobot có th  tìm ki m và tiêu di t các lo i vi khu n, viề ố ể ế ệ ẩ   rút. Nanorobot cịn có kh  năng  ng d ng trong quy trình l p ráp các hả ứ ụ ắ ệ  th ng tí hon và vơ cùng ph c t p. Chúng có th  ho t đ ng   c p đố ứ ể ộ ấ ộ  nguyên t  đ  t o ra các thi t b  hay các vi m ch.ử ể ế ị

u th  quan tr ng c a Nanorobot là địi h i r t ít năng l ng khi

Ư ế ọ ủ ỏ ấ ượ  

ho t đ ng. Bên c nh đó, Nanorobot có th  duy trì ho t đ ng hàng ch cạ ộ ể ộ ụ   năm hay th m chí hàng th  k  Các h  th ng   kích thậ ế ỷ ệ ố ước Nano còn ho tạ   đ ng nhanh h n r t nhi u các h  th ng l n h n nh  s  d ch chuy n nhộ ấ ề ệ ố ự ị ể ỏ  cho phép các hi n tệ ượng c  và đi n x y ra trong th i gian ng n h n v iơ ệ ả ắ   t c đ  tuy t đ i.ố ộ ệ ố

L u trư ữ s  d ng công ngh  Nano là gi i pháp tăng tri t đ  kh  năngử ụ ệ ả ệ ể ả   l u tr  thông qua nhi u công ngh  và t  đó thay th  các phư ữ ề ệ ế ương ti n l uệ   tr  hi n nay b ng các thi t b  và phữ ệ ằ ế ị ương ti n có m t đ  c c cao.ệ ậ ộ ự  Đang  trong giai đo n phát tri n,  ng d ng công ngh  Nano này s  d ng nhi uạ ể ứ ụ ệ ụ ề   phương th c, bao g m c  công ngh  quang h c. D  án Millipede c a IBMứ ả ệ ọ ự ủ   đã t o ra m t m u thi t b  l u tr  Nano có th  vi t và đ c d  li u gi ngạ ộ ẫ ế ị ữ ể ế ọ ữ ệ ố   nh  m t chu i các d u vi t tay trên m t t m phim nh a.ư ộ ỗ ấ ế ộ ấ ự

D  án nghiên c u “Millipede” c a IBM năm 2002 đã ch ng minh khư ứ ủ ứ ả  năng l u tr  25 tri u trang sách (25 đĩa DVD) vào trong m t di n tích chư ữ ệ ộ ệ ỉ  nh  b ng con tem. Thay cho vi c s  d ng các thi t b  t  hay đi n t  đỏ ằ ệ ụ ế ị ệ ể  l u tr  d  li u, Millipede s  d ng hàng ngàn mũi kim có kích thư ữ ữ ệ ụ ước Nano  đ  d p các d u lõm bi u hi n cho các bit d  li u lên m t t m phim nh aể ậ ấ ể ệ ữ ệ ộ ấ ự   m ng. Cơng ngh  này có th  coi là s  thu nh    c p đ  Nano c a côngỏ ệ ể ự ỏ ấ ộ ủ   ngh  th  d p (punch card) đã đệ ẻ ậ ược phát minh t  h n 110 năm trừ ước. Tuy  nhiên Millipede có hai đi m khác bi t: (1) cho phép ghi l i (re­writable); (2)ể ệ   có th  l u tr  h n 3 tri u bit d  li u trong m t di n tích ch  b ng 1 l  trênể ữ ệ ữ ệ ộ ệ ỉ ằ ỗ   th  d p truy n th ng.ẻ ậ ề ố

H n th  n a, các nhà khoa h c c a IBM tin r ng có th  t o ra kh  năngơ ế ữ ọ ủ ằ ể ả   l u tr  l n h n n a. Gerd Binnig, gi i Nobel v t lý 1986, m t trong nh ngư ữ ữ ả ậ ộ ữ   người đi u hành chề ương trình Millipede, cho bi t: “Vì mũi kim kích thế ước  Nano có th  tác đ ng t i t ng nguyên t  nên chúng tôi mong đ i nh ngể ộ ợ ữ   thành   t u   m i   vự ượt   qua   m c   gi i   h n   hi n     hàng   ngàn   l n”.ứ ệ ầ

(5)

(venture capital fund). Harris & Harris Group, Inc. qu  đ u t  ch  y u vàoỹ ầ ủ ế   công ngh  Nano đang n m trong tay c  ph n c a 16 cơng ty cơng nghệ ắ ổ ầ ủ ệ  siêu nh , trong đó có 14 cơng ty v  cơng ngh  Nano (4 v  v t li u, 6 vỏ ề ệ ề ậ ệ ề  n t , 3 v   nh, 2 v  sinh h c và 1 v  thi t b ). Qu  đang tìm ki m cácệ ề ả ề ọ ề ế ị ỹ ế   d  án tích h p gi a nhi u cơng ngh  Nano. Silicon Valley Nano Ventures,ự ợ ữ ề ệ   qu  đ u t  m o hi m mang tên Thung lũng Silicon, cũng đ u t  vào 6ỹ ầ ể ầ   cơng ty OptivaInc, Nanospire, Nanostellar, Tailored Materials Corporation và  Integrated Nanosystems dưới hình th c c  đông thi u s  (0,25 – 3 tri uứ ổ ể ố ệ   đôla M ). Đ nh hỹ ị ướng đ u t  tầ ương lai c a Qu  là các công c , các ph nủ ỹ ụ ầ   m m và v t li u c n thi t cho các  ng d ng phát tri n công ngh  Nano,ề ậ ệ ầ ế ứ ụ ể ệ   các kênh phân ph i và t o l p th  trố ậ ị ường. Đang trong q trình tích lũy v n,ố   qu  đ u t  Alameda Capital nh m vào th  trỹ ầ ắ ị ường truy n th ng v  côngề ố ề   ngh  thông tin, khoa h c đ i s ng và năng lệ ọ ố ượng v i s  h i t  đa côngớ ự ộ ụ   ngh  bao g m c  các lo i v t li u tiên ti n s  d ng công ngh  Nano.ệ ả ậ ệ ế ụ ệ

1.2  Công ngh  vi đi n t ệ ử

Đi n t  h c truy n th ng đệ ọ ề ố ược hình thành và phát tri n ch  y uể ủ ế   trong th  k  20 và tr i qua hai giai đo n. ế ỷ ả

Giai đo n th  nh tạ , b t đ u vào kho ng cu i th  k  19, đ u th  k  20 choắ ầ ả ố ế ỷ ầ ế ỷ   đ n t n nh ng năm 70 (th m chí nh ng năm 80 v n cịn s  d ng). Đây làế ậ ữ ậ ữ ẫ ụ   th i k  c a đi n t  chân không đánh d u b ng s  ra đ i c a  ng tiaờ ỳ ủ ệ ấ ằ ự ủ ố   cathode (cathode ray tube, CRT) Braun (1900) và phát tri n d a trên các đènể ự   n t  chân không. K  thu t đi n t  đ c thù c a giai đo n này là s  d ngệ ỹ ậ ệ ặ ủ ụ   n tích c a đi n t    trong chân không và đi u khi n chúng b ng đi nệ ủ ệ ề ể ằ ệ   trường (vi c k t h p s  d ng t  trệ ế ợ ụ ường ch  y u là đ  lái chùm tia đi n tủ ế ể ệ ử  trong các màn hình s  d ng  ng CRT). ử ụ ố

(6)

     of Washington, USA, 2004

[3] Sergey Edward Lyshevski, Nano and Moleculer Electronics, CRC Press     Taylor & Francis Group,© 2007

[4] Ban P.Wong, Nvidia, Anurag Mittal, Nano CMOS circuit and physical      design, John Wiley & Sons, Inc., 2005

Đ  cề ương ơn t p

1) Phân tích các giai đo n phát tri n c a cơng ngh  đi n t , đ nh lu t Moor ạ ể ủ ệ ệ ị ậ

và khuynh hướng phát tri n công ngh  đi n t   ể ệ ệ

2) Các phương pháp ch  t o v t li u nano,  u nhế ậ ệ ược đi m c a t ng ể ủ

phương pháp. Công ngh  đi n t  nano thệ ệ ường theo phương pháp nào, t i ạ

(7)

3) Khái ni m v  công ngh  nano, phân lo i v t li u nano và phân tích m t ệ ề ệ ậ ệ ộ

s   ng d ng c a công ngh  nano.ố ứ ụ ủ ệ

4) Các c  sơ ở khoa h c c a công ngh  nano, các nguyên lý và hi u  ng dùngọ ủ ệ ệ ứ   trong công ngh  nano.ệ

5) Năng lượng b  m t, các phề ặ ương pháp gi m năng lả ượng b  m t, t i sao ề ặ

ph i gi m năng lả ả ượng b  m t? ề ặ

6) Tính ch t hố lý và các hi u  ng v t lý c  b n trong c u trúc nano phân ấ ệ ứ ậ ả ấ

t

7)  ng nano cacbon­ khái ni m phân lo i, các đ c đi m và phỐ ệ ặ ể ương pháp  ch  t o.ế

8) Đi n t  phân t  và ch m lệ ử ấ ượng t  trong v t li u linh ki n nano.ử ậ ệ ệ

9) Các linh ki n đ n đi n t ệ ệ

10) Khái ni m v  QCA, phân tích ho t đ ng và ví d  minh ho ệ ề ộ ụ

11) T  bào QCA, phân tích ho t đ ng c a các t  bào QCA.ế ộ ủ ế

12) V  và phân tích ho t đ ng c a thanh ghi d ch QCA.ẽ ộ ủ ị

13) Th c hi n QCA phân tự ệ ử, phân tích d  li u đo đi n dung gi a hai b n ữ ệ ệ ữ ả

c c. T i sao c n đ nh đi n dung theo đi n áp?ự ầ ỉ ệ ệ

14) Đ  l i cơng su t QCA, phân tích cách xác đ nh đ  l i công su t c a t  ộ ợ ấ ị ộ ợ ấ ủ ế

bào QCA qua mô ph ng thanh ghi d ch.ỏ ị

15) Spintronics, nguyên t c xây d ng, v t li u và các  u đi m c a vi c s  ắ ự ậ ệ ể ủ ệ

d ng spin thay th  các đi n tích đi n t ụ ế ệ ệ

16) Kh  năng khai thác spin và nh ng linh ki n tiêu bi u Spintronics.ả ữ ệ ể

17) Phương pháp t ng h p các linh ki n phân t ổ ợ ệ

18) Các linh ki n đi n t  phân t  đa đi n c c hi u  ng lệ ệ ử ệ ự ệ ứ ượng t

19) Nh ng v n đ  chung đ i v i các linh ki n nano phân t  khi thi t k  ữ ấ ề ố ệ ế ế

máy tính nano

20) Linh ki n và k t n i trong thi t k  máy tính nano.ệ ế ố ế ế

Ngày đăng: 09/03/2021, 06:06

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

w