Популярные Нано Технологии

Размещение материала

Для размещения материала в данном разделе заполните пожалуйста эту форму.

Кадры

Фотогалерея

Учеба

Наноэлектроника вокруг нас / 17.04.2009

© Александр Обуденов

Источник: Российский электронный наножурнал

Сегодня нанотехнологии в развитии электроники занимают далеко не последнее место. Если взглянуть на современные интегральные микросхемы или микропроцессоры, на которых умещается уже более миллиона транзисторов, становится ясно, что технологические масштабы стремятся к уменьшению. Действительно, мощность современных компьютеров несравнима со старыми моделями, а с функциями, которые еще недавно выполняли настольные системы, сейчас с легкостью справляются КПК, умещающиеся в обычный карман. Такой стремительный прогресс не имел бы места без развития наноэлектроники, одной из мощнейших отраслей нанотехнологий.

Цифровые дорожки

Современные устройства памяти позволяют хранить огромное количество информации, используя при этом устройства, размером с почтовую марку. Такое стремление к уменьшению масштабов может привести к тому, что уже через несколько десятков лет биты и байты информации будут записываться на отдельных молекулах и даже атомах. Конечно, пока это фантастика, но уже сегодня есть немало примеров развития технологий, достойных восхищения.

В 1981 году сотрудники IBM получили нобелевскую премию за выдающееся изобретение, позволяющее получать картину рельефа поверхности исследуемого вещества на атомарном уровне. Созданный ими атомно-силовой микроскоп (АСМ) предполагал совершенно новый подход к исследованию: вместо увеличивающих линз и зондирующих электронов используется микроскопический зонд (кантилевер), толщиной в несколько сотен атомов. В результате сканирования поверхности происходит обработка информации, которая фиксирует отклонения зонда в зависимости от изменения рельефа исследуемой материи. Интересным фактом стало то, что при случайном соударении кантилевера с поверхностью на ней появляется небольшое углубление (пит). Если принять пит за логическую единицу, а его отсутствие за ноль, то принцип АСМ можно использовать для реализации запоминающей системы. Таким образом, используя технологию атомно-силовой микроскопии, компания IBM с успехом реализовала устройство хранения информации, получившее название Millipеde (пер. с лат. «многоножка»).

Основными элементами в устройстве являются записывающая матрица, среда хранения информации и манипуляторы. Для более детального понимания принципа работы Millipеde, рассмотрим иллюстрацию, которая подробно показывает, как работает этот прибор. Здесь специальный полимерный носитель представляет собой уникальную платформу, которая позволяет многократно производить процесс записи и стирания цифровых данных.

Полимерный носитель и матрица

 

Для реализации такого механизма хранения данных используют универсальную матрицу из 4096 щупов, каждый из которых имеет токопроводящую иглу. Запись информации происходит благодаря деформации полимерного носителя, а именно, нагретый конец иглы выдавливает небольшое углубление канонической формы, которое несет смысл логической единицы. Из рисунка видно, что щуп нагибается к носителю, когда через него протекает ток записи, и нагревает легированную область до 400 С. Отсутствие углубления означает логический ноль.

Для стирания информации необходимо удалить каноническое углубление. Это можно выполнить двумя способами. Во-первых, нагретая током игла воздействует на впадину таким образом, что при извлечении её обратно происходит вытягивание полимерного углубления, и как следствие этого достигается выравнивание полимерной платформы. Во-вторых, ликвидировать пит можно выплавкой небольшого углубления рядом со старым питом, что приводит к выравниванию последнего.

Считывание информации происходит в результате анализа полимерного носителя. На рисунке видно, что при попадании сканирующей иглы в пит, происходит процесс протекания тока чтения. Значит, наличие тока соответствует логической единице, его отсутствие логическому нулю. Таким образом, слабые изменения сигналов преобразуются в поток битов.

Процессы записи (слева) и считывания (справа) битов

Стирание битов

 

«Цифровой код»

Что такое двоичный цифровой код? Почему изобретатели компьютеров взяли за основу именно его? Для ответа на этот вопрос рассмотрим работу микропроцессора. В качестве активных элементов устройства выступают транзисторы, содержание которых колеблется от тысячи до миллиарда на одной микросхеме. Быстродействие такого устройства напрямую зависит от количества активных элементов на единице площади. По сути, данный механизм построен на базе множества ключей (переключателей), которые могут находиться только в двух состояниях: включен или выключен. Теперь представьте, насколько сложно было бы сконструировать систему, которая бы смогла посредством электрических сигналов кодировать десятичное число, то есть каждому значению от 0 до 9 соответствовало бы своё номинальное значение напряжения. Этим и обуславливается выбор двоичной системы кодирования информации. А программное обеспечение призвано свести любую задачу к последовательному выполнению операций: наличие напряжения и его отсутствие. Это позволяет реализовать огромную скорость вычислений и без проблем выполнять обработку информации.

Но для человека логические символы это всего лишь простой набор чисел. Чтобы понять информацию, представленную в двоичном коде, необходимо декодировать цифровые данные, т.е. перевести их на понятный для нас язык. Это реализуется за счет того, что для каждого элемента (это может быть буква или число) существует своя, присущая только ему комбинация нулей и единиц, и информация об этом храниться в декодирующем устройстве.

Эффективность цифрового кода заключается в его простоте, который обеспечивает процессору фантастическое быстродействие. На иллюстрации ниже представлен базовый элемент процессора – полевой транзистор. Приложенное к затвору напряжение индуцирует электрический заряд, благодаря которому канал пропускает ток от истока к стоку. При достаточно малых размерах затвора такой транзистор может выключаться и включаться миллиарды раз в секунду, выдавая миллиарды бит информации за единицу времени. И это только один активный элемент, а их количество может достигать миллиардов!

Полевой транзистор

<< первая < пред. 1 2 3 след. > последняя >>

Авторизация

логин
пароль
Регистрация Забыли пароль?

Реклама нефтегаз

Анонсы событий