نانو الكترونیك

در سال ۱۹۵۶ گوردون مور بنیان‌گذار اینتل تحلیلی ارایه كرد كه بر طبق آن هر ۱۸ ماه تعداد ترانزیستورهای بكار رفته در ریزپردازهای اینتل دو برابر می شود كه نصف شدن ابعاد گیت ترانزیستورها با شرط ثابت بودن اندازه تراشه سیلیكونی در آن می‌تواند نتیجه این قوانین باشد. این قاعده به قانون مور موسوم شد. این نصف شدن در واقع پیام‌آور ابعاد اقتصادی بود یعنی هر چه گیت كوچكتر می‌شد ترانزیستور می‌توانست سریعتر سوئیچ كند و درنتیجه انرژی كمتری مصرف می‌شد و تعداد بیشتری ترانزیستور در یك تراشه سیلیكون جای می‌گرفت. افزایش تعداد ترانزیستورها و بازدهی آنها، هزینه را كاهش می‌دهد بنابراین مقرون به صرفه‌تر این بود كه هر ترانزیستور تا حد امكان كوچكتر شود، این كوچك‌سازی بالاخره در نقطه‌ای متوقف می‌شد بنابراین برای ادامه رشد صنعت الكترونیك باید به فكر فناوریهای جایگزین بود، فناوری كه مشكلات گذشته را حل كرده و توجیه اقتصادی داشته باشد و اینبار نانو تكنولوژی بود كه توانست به كمك الكترونیك بیاید و فناوری الكترونیك مولكولی یا همان نانو‌الكترونیك بنا نهاده شد. نانو تكنولوژی یك رشته وابسته به ابزار است ابزارهایی كه به مرور در حال بهتر شدن است نانو تكنولوژی و شاخه‌های كاربردی آن مانند نانوالكترونیك درواقع تولید كارآمد دستگاهها و سیستم‌ها با كنترل ماده در مقیاس طولی نانو است و بهره‌برداری از خواص و پدیده‌های نوظهوری است كه در این مقیاس توسعه یافته است. صنعت الكترونیك امروزی مبتنی بر سیلیكون است سن این صنعت به حدود ۵۰ سال می‌رسد و اكنون به مرحله‌ای رسیده است كه از لحاظ تكنولوژیكی، صنعتی و تجاری به بلوغ رسیده است. در مقابل این فناوری، الكترونیك مولكولی قرار ارد كه در مراحل كاملاً ابتدایی است و قرار است این فناوری به عنوان آینده و نسل بعدی صنعت الكترونیك سیلیكونی مطرح شود. الكترونیك مولكولی دانشی است كه مبتنی بر فناوری نانو بوده و كاربردهای وسیعی در صنعت الكترونیك دارد. با توجه به كاربردهای وسیع الكترونیك در محصولات تجاری بازار می‌توان با سرمایه‌گذاری و تامل بیشتر در فناوری نانو الكترونیك در آینده‌ای نه چندان دور شاهد سود‌دهی كلان محصولاتی بود كه جایگزین فناوری الكترونیك سیلیكونی شده‌اند. میل، اشتیاق و علاقه مصرف‌كنندگان و نیاز بازار به محصولات جدید با قابلیتهای بالا سازندگان و صنعتگران را بر آن می‌دارد كه با سرمایه‌گذاری در این فناوری شاهد رشد و شكوفایی اقتصادی هر چه بیشتر باشند، ولیكن با توجه به اهمیت نانوتكنولوژی و نیز نانو الكترونیك كه به عنوان یك شاخه كاربردی از نانو تكنولوژی مطرح است لزوم سرمایه‌گذاری كلان در درازمدت و ریسك‌پذیری و تشكیل مراكز R&D توسط دولتمردان پیش از پیش احساس می‌شود. برای پیشبرد فناوری نانو الكترونیك و نتیجه رساندن آن سه مرحله راهبردی پیشنهاد می‌شود كه با پیاده‌سازی این سه‌مرحله می‌توان نانو الكترونیك را جایگزین فناوری الكترونیك سیلیكونی كرد ونسل جدیدی از محصولات الكترونیكی را وارد بازار ساخت. ● مرحله اول: مولكولی در نظر گرفته می‌شود باید كاربردهایی ساده ارزان و غیر پیچیده‌ای باشند تا اطمینان نسبی به الكترونیك مولكولی ایجاد شده و سرمایه‌گذاری‌ها به سمت آن هدایت شود و از طرفی كارایی این فناوری ثابت شود. به بیان ساده وشفاف و مقایسه نسل جدید محصولات كه بر پایه این فناوری جایگزین شده‌اند، توجیه كاربرد این محصولات و ایجاد اطمینان در مصرف‌كنندگان می‌تواند به عنوان بهترین حامی اقتصادی در این مرحله باشد. ● مرحله دوم: تولیدات اولیه الكترونیك مولكولی (نانو الكترونیك) باید مكملی برای فناوری سیلیكون باشند اینگونه نباشد كه انقلابی رااز همان آغاز و ابتدا شروع كرده و این ادوات و فناوریهای جدید تافته جدا بافته باشد و هیچ ربطی به فناوری سیلیكونی نداشته باشد زیرا فناوری سیلیكونی یك صنعت جا افتاده است. پس اگر نانوالكترونیك را بتوان مكملی برای فناوری سیلیكونی بكار برد شاهد پیشرفت قابل ملاحظه‌ای در این فناوری نوپا بوده و جایگزین مناسبی برای نسل آینده محصولات الكترونیكی در نظر گرفته شده است. ● مرحله سوم: مرحله سوم مبحث كاملاً جدیدی است كه اصلاً در دسترس فناوری سیلیكون نبوده و نانوالكترونیك می‌تواند بعد از طی مراحل اول و دوم به آن بپردازد، یك مثال ساده وروشن این موضوع، نمایشگرها هستند، نمایشگرهای متداول كاملاً سخت و غیرقابل انعطاف هستند ولی با استفاده از الكترونیك مولكولی ومولكول‌هایی كه در صفحه نمایش استفاده داشته باشد بنابر این كابرد‌هایی وجود دارد كه از دسترس فناوری سیلیكون، آن هم بخاطر جامد و كریستالی بودن ذاتی‌اش دور بوده و برای الكترونیك مولكولی قابل دستیابی است. وقتی كه نانو الكترونیك جا افتاد و وارد بازار محصولات الكترونیك شد آنگاه می‌توان نسل جدیدی از محصولات را به دست آورد كه شامل پردازندهایی ۱۰۰۰ مرتبه سریعتر از نوع امروزی باشند. اگر این مرحله با موفقیت طی شود حدوداً یك دهه طول خواهد كشید تا نسل جدید محصولات الكترونیكی مبتنی بر الكترونیك مولكولی یا الكترونیك در ابعاد نانومتر (نانو الكترونیك) ظهور یابد. ● بررسی امكانات موجود: برای ساخت ابزارهای مولكولی باید دید از چه چیزهایی می‌توان استفاده كرد،‌وسایلی كه در اختیار است و تاكنون مدنظر بوده است به شرح ذیل هستند: ـ نانو لوله‌ها ـ حلقه‌های بنزنی ـ پلیمرها ـ DNA ● نانو لوله‌ها: اگر یك صفحه تخت گرافیكی مدنظر باشد و به شكلی بتوان آن را به صورت نواری در نظر گرفت و لوله كرد یك نانو لوله مفروض به دست می‌آید كه ساختار آن همان ساختار گرافیت بوده و یك هگزاگونال است. این ماده در سال ۱۹۹۱ در ژاپن كشف شده و به علت خصوصیات جالب آن مورد توجه قرار گرفت. یك خاصیت جالب این مواد آن است كه بر حسب اینكه در چه جهتی خم شود دارای خاصیت نیمه‌هادی و یا فلزی می‌شود. قطر یك نانو لوله كمتر از ۲ نانومتر است و از این نانو لوله می‌توان به عنوان یك سیم كوانتومی یا یك سیم غیرفعال استفاده كرد به عنوان مثال این لوله می‌تواند به عنوان یك سیم انتقال هنگام اعمال اختلاف پتانسیل از یك الكترود به الكترود دیگر عمل كند كه این موضوع مثالی از اتصالات غیرفعال می‌تواند باشد. نانو لوله دارای خاصیت فلزی است این خاصیت رسانش نه فقط در طول بلكه در عرض نانو لوله نیز وجود دارد برای حالت سیمهای مولكولی غیرفعال، بهتر است كه نانو لوله دارای خاصیت رسانش باشد، اگر باشد، نانو لوله دارای گاف انرژی خواهد بود كه شبیه نیمه هادی خواهد شد. اگر نانو لوله كربنی روی سطحی قرار داده شود و نوك STM (مولكول نانو لوله‌های كربنی) رابه سطح آن نزدیك شود، چنانچه ولتاژی را بین بستری كه نانو لوله روی آن قرار دارد و نوك STM اعمال شود جریانی عبور خواهد كرد، بر حسب مقدار جریانی كه عبور می‌كند، می‌توان تشخیص داد كه گاف انرژی چقدر است. ● حلقه بنزنی: حلقه‌های بنزنی به خاطر چگالی حالت بالا كه بر روی حلقه‌های خود دارند جانشینی برای سیمهای كوانتومی در نظر گرفته می‌شود. ● پلیمرها: از نمونه‌هایی كه به عنوالن سیمهای مولكولی فعال یا غیرفعال می‌توان نام برد پلی‌تیوفن (PT) یا پلی‌انیلین است كه داخل یك سیكلود كسترین۱ (CD) قرار گرفته باشد این دو ماده در اصل پلیمرهایی هستند كه به عنوان قسمتهای هادی سیم بكار می‌روند این پلیمرها شبیه حلقه‌ بنزنی است كه به همدیگر چسبیده‌اند و دو سر آن به دو الكترود طلا وصل شده است. اتصالات سیمهای مولكلولی به الكترودهایش توسط اتم‌های گوگرد برقرار می‌شود سطحی كه این پلیمر بر روی آن قرار می‌گیرد ممكن است قسمتی از جریان را بكشد یعنی اینكه یك جریان اتلافی داشته باشد برای اینكه مانع از این جریان اتلافی شد باید این سیم را داخل یك حفاظ مولكولی قرار داد این حفاظ نیز شبیه نانو لوله كربنی است اما دارای قطر بسیار بزرگتر و ساختار پیچیده‌تری است لذا این لوله مولكولی مانع عبور جریان اتلافی از دیواره‌های سیم و انتقال آن به سطح تماس می‌شود.