Курсовая теория на тему Наноэлектроника и её применение

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ. 2

1 История развития
нанотехнологий. 5

2 Развитие
наноэлектроники. 9

3 Наноэлектронные
устройства. 12

4 Возможности
применения нанотехнологий. 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 21

СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ   22

Введение:

Сегодня вопросы,
связанные с созданием наноматериалов и развитием нанотехнологий, являются
доминирующими направлениями для изучения практически во всех отраслях
современной науки и техники.

В связи с особенностями
нашей эпохи, для которой характерна смена технологического уклада, можно
утверждать, что наступила эра нанотехнологий, произошел переход от работы с
веществом к оперированию отдельными атомами.

Развитие нанотехнологий
связано, прежде всего, с тем, что они требуют малого количества энергии,
материалов.

Нанотехнология является
достаточно древней отраслью и как наука она начала формироваться еще в
старинные времена. Есть сведения о том, что еще наши предки изготавливали
краску, используя знания по нанотехнологиям, и такая краска содержала в себе
частицы, которые сегодня мы называем наночастицами.

Демокрит, размышляя над
вопросом о возникновении Вселенной, пришел к выводу, что основой мира являются
мельчайшие неделимые частицы, которые он назвал атомами.

Время начала развития
нанотехнологий принято считать 1959 г., когда Ричард Фейнман в своей лекции
«Там внизу – много места» отметил, что законы физики позволяют работать на
молекулярном и атомном уровнях.

Начиная с 2000-х годов
нанотехнологии уже плотно укоренились в умах многих ученых, заставив их
осознать, что манипуляции с наночастицами не только возможны, но и, возможно,
является ключом к колоссальному прорыву, новой ступени нашего развития.
Нанотехнологии даже пророчили стать решением и панацеей всех существующих
проблем и задач человечества.

Правительства развитых
стран просто не могли проигнорировать подобные заявления и с этого момента
начинали предоставлять средства на развитие данной отрасли науки и техники, а
также на подготовку будущих специалистов в высших учебных заведениях.

На данный момент нанотехнологии
настолько распространены в нашей жизни, что иногда мы даже и представить не
можем, где нам встречаются их следы. Конечно, самым ярким и популярным примером
использования наночастиц и нанотехнологий есть смартфоны, планшеты и различные
карманные компьютеры. Куда менее известные примеры, но не менее впечатляющие:
краска, способная менять свой цвет, зубная паста с эффектом восстановления
зубной эмали, лейкопластырь с тончайшим серебряным покрытием для лучшего и
более быстрого заживления ран и многие другие. 
Использование нанотехнологий настолько перспективно, что их исследование
не прекращается ни на день. А в процессе проектирования новых идей и инноваций
уже давно задействованы лучшие специалисты в этой области.

Из самых последних
открытий в наносфере можно назвать создание крошечного устройства для передачи
голографического изображения (которому уже пророчат использования в рекламной
индустрии, а также как дополнение в интернет-коммуникациях), создание
нанопленки для использования в гибких солнечных батареях и в качестве
проводника электричества, создание нанороботов, способных перемещаться в
жидкости и в перспективе стать новым витком в наномедицине, создание
нанороботов, способных самостоятельно чинить повреждения в своих электроцепях.

Список возможностей,
предоставляемых человечеству нанотехнологиями, можно называть бесконечно.
Главное, мы осознали, что, двигаясь в этом направлении, мы сможем достичь
невероятных высот и результатов.

И для того, чтобы
приблизится к пониманию работы такой странной отрасли, не обязательно
отправляться на край света в самые известные в мире университеты. Основу
понимания и работы с микро — и наноэлектроникой можно получить и совсем рядом,
в нашей стране. Тогда мир, возможно, получит еще несколько известных ученых, а
мы еще на шаг приблизимся к светлому будущему.

Можно смело утверждать,
что приоритетным направлением в каждой стране есть наносфера, использование
знаний из которой позволяет получить объекты из природных ресурсов, а
непосредственно из атомов и молекул. Согласно прогнозам, ученых нанотехнологии
в XXI веке произведут переворот в работе с отдельными атомами, их развитие
кардинально изменит жизнь общества.

Важный аспект
наноэлектроники – это развитие не только технологических систем для
производства, но и методов исследования, моделирование, метрологии и повышение
качества наноматериалов, структур и устройств. Измерения должны быть с атомной
точностью и в ближайшем будущем может достичь тера — и атосекунд.

Предметом исследования
является наноэлектроника.

Объектом исследования
выступает применение наноэлектроники.

Цель работы: рассмотреть наноэлектронику
и её применение.

Цель раскрывают следующие
задачи:

— рассмотреть историю
развития нанотехнологий;

— изучить развитие
наноэлектроники;

— рассмотреть наноэлектронные
устройства;

— выявить возможности
применения нанотехнологий.

Для решения поставленных
задач использованы методы: теоретический анализ научно-методических источников,
синтез, обобщение, сравнение, конкретизация.

Заключение:

Ученые отмечают, что в
эру нанотехнологий человечество сможет управлять потоками вещества и тем самым
сможет изменять сознание. Поскольку исследования в области нанотехнологий имеют
еще и международный характер, то могут возникнуть проблемы признания
интеллектуальной собственности, поскольку нет договоренности между странами и
единого механизма патентования результатов исследований. Таким образом, на
восприятие нанотехнологий влияют, прежде всего, познания человека в различных
сферах, а также его умение определять конструктивный и деструктивный характер
применения нанотехнологий.

Для того, чтобы
развивалась новая научная дисциплина «Нанотехнологии», необходимо кроме
проведения различных форм научной коммуникации (круглых столов, конференций,
советов и тому подобное) также организовать подготовку специалистов высокой
квалификации, научных кадров в этой области, а для этого необходимо разработать
методики и написать учебные пособия для разных ступеней образования в области
нанотехнологий.

Таким образом, на
основании изложенного можно сделать выводы: человечество вступило в новую эпоху
— нанотехнологий, наноматериалов и наноустройств; наноэлектроники  – междисциплинарная область исследования,
объединяющая множество узкоспециализированных дисциплин, для плодотворного
сотрудничества ученых и специалистов в его сфере нужно создавать учебные
программы; для того, чтобы произошла интеграция России в мировое техническое
пространство нужны существенные изменения на государственном уровне.

Мы согласны с
исследователями, которые утверждают, что для успешного развития нанотехнологий,
необходим союз общества и науки.

Фрагмент текста работы:

1 История развития нанотехнологий То, что сегодня называют
нанообъектами, нанотехнологиями человек давно использовал в своей жизни. Один
из самых ярких примеров – это разноцветное стекло. Например, в Британском музее
экспонируется кубок Ликурга. Это древнеримский сосуд из стекла с фигурным
узором, датируемый IV веком. Кубок способен менять цвет в зависимости от
освещения: при наружном освещении сосуд имеет зеленый цвет, но если осветлять
его изнутри – то он пурпурно-красный. Как показали недавние исследования с
применением метода электронной микроскопии, этот необычный эффект обусловлен
наличием в стекле наноразмерных частиц золота и серебра. Поэтому сейчас можно
смело утверждать, что кубок Ликурга сделан из нанокомпозитного материала.

Как выяснилось, в Средние
века металлическую нанопыль часто добавляли в стекло для изготовления витражей.
Вариации окраски стекла зависят от природы используемого металла и размера его
частиц.

Считается, что начало
нанотехнологической эры положил в 1959 Ричард Фейнман лекцией «там внизу –
бесчисленно много места» [7].

Основной постулат этой
лекции заключался в том, что с точки зрения фундаментальных законов физики
автор не видит никаких препятствий для работы на молекулярном и атомном уровне,
манипулировании отдельными атомами или молекулами. Фейнман говорил, что с
помощью определенных устройств можно сделать еще меньшие по размеру устройства,
которые в свою очередь способны сделать еще меньшие устройства, и так далее
вплоть до атомного уровня, то есть при наличии соответствующих технологий можно
манипулировать отдельными атомами.

Кто же первым использовал
термин "нано" в его современном понимании?

В 1974 году японский
физик Норио Танигучи ввел термин "нанотехника", предложив описывать механизмы
размером меньше одного микрона.

В 1981 году американский
ученый Герберт Глейтер впервые использовал определение
"нанокристаллический". Он сформулировал концепцию создания
наноматериалов и развил ее в серии работ 1981-1986 годах, ввел термины «нанокристаллические»,
«наноструктурные», «нанофазный» и «нанокомпозитные материалы. Главный акцент в
этих работах был сделан на особенностях поверхностей наноматериалов как основного
фактора изменения свойств твердых тел.

В том же 1981 году
немецкими физиками Гердом Биннигом и Генрихом Рорером, был создан сканирующий
туннельный микроскоп (СТМ) – инструмент, позволяющий ученым не только получать изображения
отдельных атомов, но и манипулировать ими. То есть была создана технология, о
которой говорил в своей лекции Р. Фейнман. Именно это событие можно считать началом
эры нанотехнологий. Самом ученному в 1986 г. была присуждена Нобелевская
премия.

В 1985 году группа
американских исследователей — Роберт Керл, Гарольд Крото и Ричард Смолли
открыли новый класс соединений – фуллерены – третью элементарную форму углерода
наряду с графитом и алмазом. Позже, в 1996 году, они стали лауреатами
Нобелевской премии по химии «за открытие фуллеренов». После смерти Р. Смолли
Сенат США принял резолюцию, в которой ученый был назван «отцом нанотехнологий».

1988 год. Независимо друг
от друга француз Альбер Фер из парижского университета Пари-Сюд и немец Петер
Грюнберг из Института физики твердого тела в Юлихе открыли эффект гигантского магнитосопротивления
(ГМС). Это открытие в сообщении Нобелевского комитета отнесено к сфере
нанотехнологии. А. Фер и П. Грюнберг стали лауреатами Нобелевской премии по
физике за 2007 год [3].

Открытие ГМС послужило
основой для развития спинтроники.

Так, с 1997 года компания
IBM в промышленных масштабах начала изготавливать спинтронные приборы — головки
для считывания магнитной информации на основе ГМС, размерами 10-100 нм. Кроме
того, эффект ГМС нашел практическое применение при разработке
компьютерных жестких дисков, что позволило в последние годы значительно
уменьшить их размеры и увеличить емкость. Первые системы считывания информации
на основе эффекта гигантского магнитосопротивления были созданы в 1997 году и
быстро стали промышленным стандартом.

В 1989 году Дональд
Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.

1991 год ознаменовался
открытием углеродных нанотрубок японским исследователем Сумио Иджимой.

В 1998 году был впервые
создан транзистор на основе нанотрубок Сизом Деккером (голландский физик). А в
2004 году он соединил углеродную нанотрубку с ДНК, впервые получив единый
наномеханизм, открыв дорогу развитию бионанотехнологиям.

Международное признание
нанотехнологий как перспективного направления исследований фактически
состоялось в 2000 году, когда президент США Б. Клинтон подписал «Национальную
нанотехнологическую инициативу». В ней было приведено следующее определение: к
нанотехнологиям принадлежат основание технологий и исследования на атомном,
молекулярном и макромолекулярном уровнях в пределах примерно от 1 до 100 нм для
понимания фундаментальных основ явлений и свойств материалов на уровне
наноразмеров, а также создания и использование структур, оборудования и систем,
имеющих новые свойства и функции, обусловленные их размерами [8].

В настоящее время многие
научные учреждения во всем мире занимаются анализом проблемы подготовки кадров
в области нанотехнологий. В этой области на рынке образования доминируют США,
Япония, Великобритания, Германия, Франция и Дания. Например, в США, где работы
в сфере нанотехнологий объявлены наивысшим приоритетом, созданы 11 учебных
наноцентров, охваченных единой сетью обмена информацией с подключением к ней
университетов. К системе нанообразования привлечено около 500 университетов,
частных институтов и лабораторий. В странах ЕС созданы более 16 центров,
которые кроме научно-исследовательских работ, занимающихся образованием в
области нанотехнологий.

И так, такое восприятие
нанотехнологии характерно для середины 1980- х лет. Но уже к середине 1990-х
годов нанотехнологический проект реализовывался настолько, что исследователи
смогли, в частности, констатировать: «Сегодня нанотехнология достигла вершин, которые
заставляют думать не столько о том, что она могла бы нам принести, сколько о
том, что мы имеем с ней делать».

В современной литературе
неологизм «нанотехнология» может употребляться как в узком, так и в широком
смыслах. В узком смысле он означает любую технологию, которая оперирует с
атомами, атомарными и молекулярными структурами. В предельно широком смысле,
этот неологизм означает или сумму всех возможных нанотехнологий, или особую
трансдисциплинарную отрасль наноисследований, которая возникла совсем недавно
на базе выдающихся достижений фундаментальной физики, биологии, химии,
биохимии. Приставка «нано» в этом неологизме (как и во всех неологизмах)
означает, что речь идет о технологиях, оперирующих с величинами порядка
нанометра. Наномасштаб практически невозможно отразить. Это – меньше, чем
обычный вирус, но больше чем большинство атомов и простых молекул. Будучи за
пределами прямого человеческого восприятие, наномасштаб также находится и за
пределами чувственности большинства технических форм. С помощью нанотехнологий
их пользователи конструируют молекулярные и надмолекулярные структуры,
обладающих заранее заданными свойствами и способны выполнять те или иные
функции, полезные человеку.