Перспективы развития радиоэлектроники

7.1 Современная электроника

 

Современная электроника стремится рационально использовать РІСЃРµ возможные Рё известные физические явления Рё эффекты. Это продиктовано практической целесообразностью. Начнем СЃ акустоэлектроники. РћРЅР° базируется РІ большой степени РЅР° РїСЂСЏРјРѕРј Рё обратном пьезоэффектах, РЅР° магнитострикции Рё С‚.Рґ. Р’ акустоэлектронике используется ультразвуковые волны (СЃ частотами f>20 кГц.). Почему же ультразвук оказался привлекателен для исследователей Рё инженеров? Дело РІ том, что скорость электромагнитных колебаний равна примерно 300 000 РєРј/сек. Скорость Р·РІСѓРєР° РІ РІРѕР·РґСѓС…Рµ – примерно 340 Рј/сек., Р° РІ кварцевом стекле РїРѕСЂСЏРґРєР° 5400 Рј/сек. Рђ это означает, что РјРЅРѕРіРёРµ звенья Рё устройства более оправдано выполнять именно РІ акустоэлектронном варианте. Первыми акустоэлектронными устройствами, появившимися РІ радиотехнике более 70 лет назад, были кварцевые резонаторы РЅР° объемных акустических волнах. РћРЅРё давно используются РЅР° частотах РѕС‚ нескольких килогерц РґРѕ десятков мегагерц РІ стабильных генераторах Рё узкополосных фильтрах, обладают высокой температурной стабильностью Рё добротностью. Р’ настоящее время применение генераторов СЃ кварцевыми резонаторами стало массовым – РІ часах, вычислительных устройствах, всевозможной бытовой Рё специальной аппаратуре. Р’ последнее время для изготовления резонаторов были разработаны методы, напоминающие методы производства ИС РЅР° кремниевых пластинах: РЅР° пластине РёР· монокристаллического кварца методом фотолитографии формируется сразу большое количество одинаковых резонаторов, после чего пластина разрезается РЅР° отдельные изделия. Аналогичным методом изготовляются многозвенные узкополосные фильтры, содержащие сразу несколько связанных резонаторов РЅР° РѕРґРЅРѕР№ подложке. Более того, использование новых приемов, базирующихся РЅР° технологии микроэлектроники, позволило перешагнуть долго остававшийся непреодолимым для таких резонаторов частотный барьер 50 МГц. Речь идет Рѕ появившихся недавно мембранных, композитных Рё тонкопленочных резонаторах РЅР° объемных волнах. Р’ настоящее время мембранные кварцевые резонаторы толщиной РґРѕ 1,5 РјРєРј позволяют работать РЅР° частотах РґРѕ 1ГГц, пленочные – РґРѕ 1,3 ГГц, Р° композитные – РґРѕ 4 ГГц. Наиболее перспективны композитные резонаторы. Можно ожидать повышения РёС… рабочих частот РґРѕ 10 ГГц РїСЂРё температурной стабильности около 10–6/РЎРѕ Рё стабильности относительного старения (3Г—10–6)/РіРѕРґ. Существенным достоинством таких резонаторов является возможность интеграции СЃ РґСЂСѓРіРёРјРё, РІ том числе Рё активными элементами ИС, что открывает перспективы создания функционально законченных, РЅРµ требующих внешних резонансных элементов, ИС генераторов Рё селективных усилителей, Р° также целых приемных устройств. Бурное развитие претерпели Р·Р° последние три десятилетия устройства РЅР° поверхностных акустических волнах (РџРђР’). Толчком Рє быстрому развитию этой области послужило изобретение РІ 1965 РіРѕРґСѓ тонкопленочного встречно-штыревого преобразователя электрических сигналов РІ поверхностные волны (Р’РЁРџ), позволяющего просто Рё эффективно возбуждать РёС… РЅР° поверхностях пьезоэлектриков.

На рис. 7.1 приведен общий вид фильтра на ПАВ.

 

 

РРёСЃСѓРЅРѕРє 7.1 – Общий РІРёРґ фильтра РЅР° РџРђР’

 

Если РЅР° выход подать переменное напряжение, то РѕРЅРѕ, поступив РЅР° встречные штыри РІС…РѕРґР°, вызовет появление поверхностей акустической волны. Эти волны воспринимаются встречно включенными штырями РЅР° выходе, Рё акустические колебания РІРЅРѕРІСЊ преобразуются РІ электрический сигнал. Коэффициент передачи РІ указанной структуре является функцией геометрической конфигурации, длины перекрытия электродов, РёС… числа Рё скорости РџРђР’. РќР° РџРђР’ создаются линии задержки. Область применения РџРђР’ – это быстродействующие анализаторы спектра РІ диапазоне РґРѕ единиц ГГц Рё построенные РЅР° РёС… базе приемники электронной разведки, предупреждения Рѕ радиолокационным облучении Рё подобные РёРј устройства. Созданные СЃ тех РїРѕСЂ устройства РЅР° РџРђР’ оказались, СЃ РѕРґРЅРѕР№ стороны, очень технологичными (РІ РёС… производстве применяются приемы, схожие СЃ технологическими приемами производства микроэлектронных устройств, такими, РІ частности, как нанесение тонких пленок, травление поверхности Рё фотолитография), Р° СЃ РґСЂСѓРіРѕР№ – очень РіРёР±РєРёРјРё. Малая (РїРѕ сравнению СЃРѕ скоростью света) скорость распространения РџРђР’ делает эти устройства миниатюрными, хотя Рё ограничивает диапазон применения частотами РІ несколько гигагерц. Удобными для большинства применений устройств РЅР° РџРђР’ оказались достаточно дешевые Рё доступные материалы – монокристаллы кварца Рё ниобата лития. Р’СЃРµ это способствует широкому Рё РІСЃРµ возрастающему применению устройств РЅР° РџРђР’ разных типов РІ военной, бытовой Рё специальной аппаратуре. Р’РЁРџ является весьма РіРёР±РєРёРј частотно-селектив-ным элементом. Частотные характеристики устройств РЅР° РџРђР’, содержащих излучающий Рё приемный преобразователи, определяются сочетанием РёС… характеристик. Возможности здесь весьма широки. РџСЂРё центральной частоте РІ пределах РѕС‚ 10 МГц РґРѕВВВВВВВВВ 1 ГГц полоса пропускания может составлять РѕС‚ 0,1 % РґРѕ 60% РѕС‚ центральной частоты. Вносимые фильтром потери РІ полосе пропускания РјРѕРіСѓС‚ составлять РѕС‚ 10 РґРѕ 1 РґР‘, постоянство фазы РІ полосе пропускания составляет РѕС‚ В±1Рѕ РґРѕ В±10Рѕ, подавление сигналов Р·Р° пределами полосы пропускания может достигать Сѓ лучших образцов фильтров 80 РґР‘, Рё РІ среднем составляет 50–60 РґР‘. Фильтры РЅР° РџРђР’ РІ указанном частотном диапазоне миниатюрнее, Р° РїСЂРё массовом производстве Рё дешевле, чем LC – фильтры. Очень существенно, что технология РёС… производства обеспечивает высокую степень воспроизводимости параметров, что исключает необходимость РІ последующей настройке, являющейся дорогостоящей операцией, неизбежной РїСЂРё применении LC – фильтров. Благодаря этим качествам РІ области частот выше 10 МГц полосовые фильтры РЅР° РџРђР’ практически уже вытеснили LC – фильтры РІ бытовой, военной Рё СЃРІСЏР·РЅРѕР№ аппаратуре, включая телевидение.

Другие области применения устройств на ПАВ. Следует упомянуть о таком принципиально незначительном, но в коммерческом отношении перспективном изобретении, как использование устройств на ПАВ в качестве дистанционных пассивных идентификаторов изделий, товаров, транспортных средств и т.д. При воздействии на пластинку пьезоэлектрика с простейшей антенной и набором ВШП высокочастотного импульса она даст отклик в виде кодовой серии импульсов, по которым объект, в котором установлена такая пластинка, можно без труда опознать. Может оказаться, что именно эти устройства станут самыми массовыми изделиями, в которых используется ПАВ.

Магнитоэлектроника. Ферромагнетики, т.е. материалы с относительно большим значением магнитной проницаемостью μ, давно использовались в электротехнике и радиоэлектронике в качестве магнитопроводов в трансформаторах и в ряде индуктивных элементов. Задача повышения μ шла в направлении создания сложных сплавов с добавлением никеля. В результате была получена значительная группа сплавов с μ до 500 000 и даже выше. Но их недостатки (высокая стоимость, сложность технологии получения качественных магнитопроводов (процедура отжига по определенной программе да ещё в водородной среде), недопустимость их работы в условиях вибрации и др.) резко ограничивали их практическое применение. Дальнейшие исследования показали, что существует другой путь. Если жидкое железо очень быстро охлаждать, то не успевают атомы объединяться в кристаллы. Получается аморфная, изотропная структура, а такое железо именуют аморфным или ферритстеклянным. Впоследствии сердечники из тонкого (до 50 мкм) аморфного железа получили наименования керметов и всё более и более вытесняют обычную электротехническую трансформаторную сталь, как в силовых системах, так и в слаботочных. В качестве примера – электроподстанция может быть реализована не в виде привычной нам крупноразмерной «будки», а в ящике объемом в (1–2) м3. Для получения тонкой пленки аморфного железа расплавленный метал небольшой струей подается на два быстровращающихся в противоположенных направлениях медных цилиндра, охлаждаемых водой.

Со временем все шире стал использоваться и эффект магнитострикции. Вначале он применялся для преобразования электрических колебаний в акустические. Сравнительно быстро стало расширяться практическое применение магнитоуправляемых контактов – герконов, т.к. они оказались гораздо более надежными и быстродействующими, нежели электромагнитные реле существовавших конструкций.

Ферромагнетики широко применялись в устройствах памяти ЭВМ II и III поколений, а также в магнитофонах и видеомагнитофонах. Вспомним о аудио- и видеокассетах с магнитной лентой.

РџРѕРјРёРјРѕ СѓРїСЂСѓРіРёС… (акустических) волн, РІ твердых телах возможны Рё РґСЂСѓРіРёРµ волновые процессы СЃРѕ скоростью распространения, значительно меньшей скорости света. Рљ РЅРёРј относятся Рё спиновые волны РІ ферромагнетиках (РЎР’), представляющие СЃРѕР±РѕР№ распространяющиеся РїСЂРё определенных условиях колебания вектора намагниченности. Сделанное РІ конце 1960-С… РіРѕРґРѕРІ открытие, что РІ железоиттриевом гранате Y3Fe5O12 (ЖИГ) поглощение таких волн очень мало РІ широком диапазоне частот – РґРѕ десятков гигагерц, способствовало расширению работ РїРѕ практическому применению этого явления РІ РЎР’Р§ – устройствах. Разработка методики получения высококачественных кристаллических пленок ЖИГ (РІ СЃРІСЏР·Рё СЃ разработкой Р—РЈ РЅР° магнитных доменах) привела Рє появлению устройств РЅР° поверхностных Рё распространяющихся РІ объеме пленки спиновых волнах. Эти устройства, обладая СЂСЏРґРѕРј достоинств устройств РЅР° РџРђР’, РјРѕРіСѓС‚ РІ то же время работать РЅР° значительно более высоких частотах – РІ перспективе вплоть РґРѕ миллиметрового диапазона длин волн. И РІ принципе действия таких устройств, Рё РІ РєСЂСѓРіРµ решаемых задач прослеживается аналогия СЃ устройствами РЅР° акустических волнах: существуют резонаторы РЅР° объемных спиновых колебаниях, линии задержки, фильтры Рё резонаторы РЅР° поверхностных Рё объемных спиновых волнах РІ пленках. Устройства РЅР° РЎР’ обладают дополнительной степенью СЃРІРѕР±РѕРґС‹ – РёС… можно перестраивать РїРѕ частоте изменением поля подмагничивания. Преобразователи электрического сигнала РІ РЎР’ столь же просты РІ конструкции Рё изготовлении, как Рё Р’РЁРџ устройств РЅР° РџРђР’ – это просто отрезки пленочных микрополосковых линий.

7.2 Квантовая электроника (КЭ)

 

В [14] дано следующее определение: «Квантовая электроника (квантовая радиофизика) - область науки и техники, охватывающая исследования принципов действия, конструирования и применения генераторов, усилителей, преобразователей частоты электромагнитного излучения, основанных на линейном или на нелинейном взаимодействии с веществом».

Указанное определение уже можно считать зауженным. Фактически, почти РІСЃРµ направления радиоэлектроники увязаны СЃ РљР­. Поэтому РёР· чрезвычайно обширной области РљР­ здесь остановимся лишь РЅР° квантовых генераторах – лазерах. Лазер – аббревиатура слов английской фразы: В«Light Amplification by Stimulate Emission of RadiationВ», что означает - «усиление света РІ результате вынужденного излучения». РћРЅ является источником когерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью Рё большой плотностью энергии. Ещё РІ 1916 РіРѕРґСѓ Рђ. Эйнштейн постулировал, что РїРѕРјРёРјРѕ поглощения Рё спонтанного излучения должно существовать вынужденное (индуцированное) излучение [15]. Изобретателями лазера являются Рќ.Р“. Басов, Р›.Рњ. РџСЂРѕС…РѕСЂРѕРІ Рё американский физик Р§. Таунс, удостоенные Нобелевской премией 1964 РіРѕРґР°. Р’ настоящее время номенклатура лазеров весьма велика. РћРЅР° простирается РѕС‚ маломощных (лазерных РґРёРѕРґРѕРІ), широко используемых РІ устройствах записи информации, РІ многочисленных интерферометрах Рё измерительных системах, РґРѕ мощных (лазерная технология) Рё очень мощных (военные системы). Работы РїРѕ лазерам привели Рє появлению лазерной спектроскопии, дефектоскопии, лазерным медицинским приборам, голографии, лазерным средствам отображения Рё С‚.Рґ. Рё С‚.Рї. И что важно отметить, РІСЃСЏ рассматриваемая область продолжает динамично развиваться. Нельзя РЅРµ отметить, что это развитие привело Рє «смыканию» квантовой электроники СЃ атомной электроникой. Летом 2004 РіРѕРґР° появилась первая монография РїРѕ атомной электронике, РІ которой последовательно Рё системно изложены материалы РїРѕ сверхпроводящим усилителям, детекторам Рё РёС… применению РІ различных областях науки Рё техники [16].

Оптоэлектроника. Оптоэлектроникой называют научно-техническое направление, в котором для восприятия информации, её передачи, обработки и хранения используются оптические средства и методы. Условно можно её разделить на ряд разделов.

1. Преобразования различных видов энергии в энергию оптического излучения. Сюда можно отнести ранее упоминавшиеся лазеры с различными видами накачки, светодиоды и светодиодные матрицы, обширную номенклатуру устройств представления информации. Светодиоды выпускаются уже давно. Отметим, что в Томске в светофорах стали использоваться светодиоды. Объединение «Светлана» приступило к серийному выпуску светодиодов белого цвета. Это важное обстоятельство, т.к. осветительные приборы с такими диодами хотя и имеют пока существенно более высокую первоначальную стоимость, но обладают на несколько порядков большей временной надежностью (нежели обычные лампы накаливания) и существенно лучшим значением КПД.

2. Первичные преобразователи различных физических величин (датчики, именуемые также «сенсорными устройствами»). Нарастающая номенклатура оптосенсоров обусловлена возможностями: прерывания светового потока, поворота плоскости поляризации света воздействием электрического поля (эффект Кьера) или магнитного (эффект Фарадея), воздействием ряда физических величин на коэффициент преломления световода, зависимостью спектральной характеристики поглощения света от состава газовой (или жидкой) среды, эффективным использованием интерферометрии и т.д.

3. Линии связи. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) обладают двумя колоссальными преимуществами перед электрическими линиями. Это:

· Очень широкая полоса пропускания.

· Отсутствие взаимовлияния линий и паразитных полей рассеивания.

Совокупность отмеченных качеств в сочетании с весьма малым диаметром ВОЛС (что позволяет создавать многожильные кабели) дает поистине необозримый простор скоростным передачам информации и поистине глобального использования новых информационных технологий.

4. Устройства хранения и переработки информации. В первую очередь к этим устройствам следует отнести голографические. Кроме высокой плотности записи голографический метод создает преимущества, которые невозможно получить другими способами. Основное среди них – высокая надежность хранения информации, обусловленная избыточностью механизма голографического запоминания. Голографический принцип позволяет также полностью реализовать преимущества, связанные с возможностью параллельного доступа. Ещё одна особенность – возможность записи информации непосредственно в аналоговой форме, что отличает голографическое ЗУ от всех других видов запоминающих устройств с хранением символов двоичного кода. В конце 1950-х годов стендовые испытания самолета выглядели примерно следующим образом. Вся его поверхность была обклеена тысячами тензодатчиков, провода от которых подсоединялись к весьма громоздкой системе сбора и анализа данных. Лазерное сканирование его поверхности и обработки голограмм несравненно упростило и ускорило процедуры испытаний. Оптоэлектронные преобразователи позволили создать приборы «ночного видения» и тепловизоры. Последние по мере повышения их разрешающей способности все более эффективно решают многочисленные проблемы контроля и диагностики. Оптоэлектроника выходит за пределы вышеприведенного краткого перечня возможностей и является быстропрогрессирующей областью электроники.

5. Оптоэлектронные пары (оптроны) широко используются для практически полной развязки цепей.

Микроэлектроника и наноэлектроника. Микроэлектроника– раздел электроники, связанный с созданием электронных функциональных узлов, блоков и отдельных устройств в микроминиатюрном исполнении на основе применения группового изготовления электро- и радиоэлементов и печатного монтажа.

Микроэлектроника представляет собой область электроники, связанную с исследованиями поведения заряженных частиц в твёрдом теле под воздействием электрических, магнитных, электромагнитных и тепловых полей, а также с созданием приборов и устройств в микроминиатюрном исполнении с использованием групповой технологии изготовления. В микроэлектронике предполагается интеграция элементарных электронных приборов (резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов). Поэтому синонимом микроэлектроники является понятие «интегральная электроника». Говоря о микроэлектронике, имеют в виду микрометровые размеры элементов, под интегральной электроникой подразумевают интеграцию этих элементов на кристалле микросхемы. Дальнейшее развитие микроэлектронных приборов связано с уменьшением элементарных приборов до субмикронных и переход в нанометровый масштаб измерений. Таким образом, микроэлектронные приборы превращаются в наноэлектронные. При этом утрачивается групповая технология их изготовления.

Следует отметить, что в течение вот уже более трех десятилетий интегральная электроника развивается в соответствии с законом Мура. В основу этого закона легло предсказание, сделанное в 1965 году Гордоном Муром, одним из основателей Intel, что количество транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 18 месяцев и это приведет к миниатюризации устройств.

Можно ли удержать тенденцию экспоненциального роста степени интеграции и, соответственно, экспоненциальное снижение стоимости обработки информации? Вот в чем основной вопрос перспективного развития схемотехнической микроэлектроники.

Разработчики ИС активно ищут СЃРїРѕСЃРѕР±С‹ преодоления «тирании межсоединений», пути РѕР±С…РѕРґР° технологических Рё физических барьеров. РЎ этой целью разрабатываются вертикальные структуры, РІ которых стараются разместить максимум элементов РІ минимальном пространстве. Активные Рё пассивные элементы схемы размещаются РІ объеме, Рё интегральная схема становится трёхмерной. Технология «кремний РЅР° диэлектрике» открывает определенные перспективы вертикальной интеграции Рё позволяет получать многоярусные транзисторные структуры. Предполагается, что трёхмерные ИС Р±СѓРґСѓС‚ иметь высокое быстродействие Рё большую плотность упаковки элементов, обладать возможностью параллельной обработки информации Рё станут многофункциональными. Придётся преодолеть РјРЅРѕРіРѕ препятствий, прежде чем РІ трёхмерных ИС удастся решить проблему взаимных помех элементов, разработать методы проектирования схем СЃ комплексными параметрами Рё сложной топологией Рё сделать РёС… конкурентоспособными РїРѕ цене. Переход РІ трёхмерную электронику отнюдь РЅРµ решит проблемы межсоединений, напротив, резко усложнит конструкции межуровневых соединений. Надёжность таких схем вызывает сомнение, Р° доказательств обратного РїРѕРєР° нет. Переход РІ трёхмерную электронику сулит увеличение степени интеграции лишь РІРґРІРѕРµ, Р° РЅРµ экспоненциальный СЂРѕСЃС‚ РІ соответствии СЃ законом РњСѓСЂР°. РњРѕРіСѓС‚ ли «спасти» схемотехническую электронику интеграции РЅР° пластине или создание «суперкристаллов»? Проблема межсоединений РІ этих случаях тоже принципиально РЅРµ решается.

Значительный интерес представляют круглые полупроводниковые интегральные схемы. В них используется 95% объема кремния против 5% в обычных ИС. Выводы располагаются по всей сфере, что позволяет обеспечить простоту компоновки сферических ИС. В производстве таких «маковых» схем осуществлен принципиальный переход от групповой технологии обработки пластин к гибкой штучной производственной системе с предполагаемой производительностью до 2500 сферических интегральных схем в секунду. В этом технологическом процессе среди слабых мест следует отметить трудоёмкую сферическую литографию, высокую индуктивность получаемых схем, надёжность процесса наматывания линий межсоединений на поверхность сферы, последующая их коммутация и т.п.

Однако, по утверждению представителя корпорации Intel Джеральда Марсика, кремниевая технология остается жизнеспособной при производстве полупроводников в обозримом будущем. По его мнению «разработка более миниатюрных и быстродействующих чипов – не проблема. Трудность состоит в создании более миниатюрных и быстрых устройств с низким электропотреблением». Intel существенно продвинулась в преодолении указанных трудностей.

Она в 2003 году объявила о создании самого маленького в мире транзистора, утверждая, что разработанное по 0,15-нм технологии устройство будет использоваться при производстве микропроцессоров и других чипов уже в конце этого десятилетия.

Новый транзистор с шириной затвора 15 нанометров и напряжением питания 0,8 В имеет время срабатывания 0,38 пикосекунды, то есть может совершать 2,63 трлн. переключений в секунду.

Теперь, как ожидается, новый 0.15-РЅРј транзистор станет основным элементом РїСЂРё разработке высокоскоростных микросхем, производство которых базируется РЅР° технологии Р1268.

Первые чипы, произведенные по новой технологии, должны появиться уже к 2009 году. К этому времени процессоры Intel, по оценкам аналитиков, заработают на тактовой частоте 20 ГГц и выше.

Ключевая составляющая транзисторов следующего поколения – новый материал изготовления подложки, призванный заменить диоксид кремния. Во всех транзисторах имеется изолирующий слой, отделяющий «затвор» транзистора от его активной зоны. В представленных за последний год транзисторах, обладающих рекордными показателями, толщина изолирующего затвора, изготавливаемого из диоксида кремния, не превышает 0,8 нанометров, что примерно соответствует толщине трех слоев атомов. И, тем не менее, утечка тока даже через столь тончайший изолирующий слой становится одним из главных факторов повышенного энергопотребления.

Специалисты Intel продемонстрировали транзисторы, изготовленные из материала нового типа, названного «высокоизолирующим диэлектриком К-затвора». По сравнению с диоксидом кремния, новый материал более чем в 10 000 раз снижает утечку тока через затвор. Высокоизолирующий диэлектрик К-затвора изготавливается на основе принципиально новой технологии, названной «атомно-послойным осаждением» и позволяющей наращивать новый материал послойно. При этом толщина слоя не превышает одной молекулы. На практике это означает рост производительности, снижение тепловыделения, значительное продление сроков службы батарей питания мобильных устройств.

Транзисторы Intel Terahertz устраняют основное препятствие организации массового производства микросхем завтрашнего дня, которые лягут в основу целого ряда принципиально новых электронных устройств. Корпорация Intel планирует приступить к промышленному внедрению компонентов новой конструкции уже в 2005 году.

Итак, мы плавно перешли от микроэлектроники к наноэлектронике, которая набирает все большую популярность. В конце 2003 года, к примеру, корпорация Intel объявила о создании маленькой логической схемы на основе двух транзисторов, построенных из отдельной молекулы углерода. При конструировании этой схемы использовалась нанотрубка углерода – материала, который в 100 тысяч раз тоньше человеческого волоса.

Углерод, по мнению исследователей IBM, позволит заменить кремний и даже сможет выполнять больше функций, однако компания пока не форсирует эти работы из-за значительной дешевизны кремниевых аналогов. В целом исследователи склоняются к тому, что кремневые и нанотехнологии не конкурируют, а скорее дополняют друг друга.

Особо следует отметить, что нанотехнология далеко выходит за пределы интегральной электроники и успешно позволяет решать не только смежные проблемы, но и завоевывает совершенно новые сферы (создание новых смазок на базе ультрадисперсных порошков, использование ультрапорошков для создания ВТСП-керамики, повышенной стойкости металлоконструкции (после напыления и термообработки)). Новые подходы эффективны к построению даже элементов силовой электроники.

Р’ 1982 РіРѕРґСѓ Герд Бининг Рё Гейнрих Рорекс создали растровый туннельный РјРёРєСЂРѕСЃРєРѕРї, Р·Р° что РІ 1986 РіРѕРґСѓ были удостоены Нобелевской премии.

Бининг продолжал работы по модернизации микроскопа и по преодолению его основного недостатка – невозможности контролировать диэлектрические материалы. В результате к концу 1986 года появился атомный силовой микроскоп. Вскоре Японская фирма «Digital Instruments» разработала и начала серийно выпускать такие микроскопы – «Наноскоп» [17].

Новая инструментальная база дала возможность создать новый сверхминиатюрный транзистор. И привела к становлению новой архиперспективной технологии, получившей наименование нанотехнология.

Нанотехнология – новый Рё РїРѕРєР° РЅРµ слишком понятный широкой публике термин. РќРѕ СЃРєРѕСЂРѕ РІ РјРёСЂ нанотехнологий войдет каждая РґРѕРјРѕС…РѕР·СЏР№РєР°, Р° сами нанотехнологии принесут РЅРѕРІСѓСЋ научно-техническую революцию. Только что РІ РЎРЁРђ опубликован 600-страничный доклад, РіРґРµ приводятся данные РїРѕ финансированию научных исследований РІ этой области РІ 2004 РіРѕРґСѓ Рё планы РЅР° будущее. Развитие нанотехнологий значится РЅР° РѕРґРЅРѕР№ РёР· верхних строк РІ утвержденном президентом РР¤ перечне приоритетных научных направлений Рё перспективных технологий.

Понятие «нанотехнологии» в 1974 году придумал японец Норт Танигути для описания процесса построения новых объектов и материалов при помощи манипуляций с отдельными атомами. Нанотехнологии имеют дело с объектами в одну миллиардную часть метра, то есть размером с атом. В отличие от прежних приборов, которые позволяли лишь наблюдать микромир, новейшие приборы (наноскопы, их правильнее было бы назвать нанозондами) дают возможность изменять этот мир, строить в нем, как из кирпичиков, молекулы с любыми свойствами. Изменения происходят помимо желания человека. По законам квантовой физики любое наблюдение – это манипуляция с наблюдаемым объектом. Тот, кто измеряет импульс атома, вступает во взаимодействие с ним и изменяет его состояние. В растровых микроскопах наблюдение и манипуляция едины, как пальцы на руке.

Одним из самых многообещающих и вполне реальных применений нанотехнологий могут оказаться нанороботы (или наноботы) – устройства размером в десятки нанометров, которые самостоятельно манипулируют атомами. Нанороботы будут обладать способностью самовоспроизводиться, создавать из произвольного органического и неорганического подручного материала любые предметы. В итоге нанороботы, манипулируя молекулами, смогут создать любой предмет или существо.

Нанороботов разделяют на два вида: ассемблеры, способные конструировать и самовоспроизводиться, и дизассемблеры, способные разбирать. Исследователи ведущих лабораторий мира сообщают, что значительно продвинулись в создании нанороботов. Не исключено, что первой областью, где найдут применение «таланты» нанороботов, станет медицина. Наноробот, введенный в организм человека, сможет самостоятельно передвигаться по кровяной системе. На этом пути наноробот сможет исправить характеристики тканей и клеток, очистить организм от микробов и молодых раковых клеток, от отложений, к примеру, холестерина. Вооружившись нанотехнологиями, ученые уже подступаются к гемофилии, болезни Альцгеймера, врожденным патологиям.

Вся история науки – это накопление и анализ новых знаний. В XX столетии – прежде всего в области ядерной физики и физики высоких энергий, которые определили лицо современной цивилизации. Но сейчас благодаря нанотехнологиям ученые от анализа впервые переходят к синтезу. Это качественное изменение мира науки. Впервые человек присваивает себе функции Творца, получает возможность по своей воле создавать новый мир на основе биоорганики, которая соединила физику и молекулярную биологию. Хорошо это или плохо? Однозначно ответить невозможно.