نانو و صنعت الکترونیک

نانوالکترونیک رویکرد تازه ای را در صنعت الکترونیک در زمینه انواع جدید مدارها، پردازشگرها، شیوه های ذخیره اطلاعات و حتی روش های نوینی الکترونیک نوری جهت انتقال اطلاعات دارد. در ادامه سعی می کنیم کاربرد های فناوری نانو رادر صنعت الکترونیک بررسی کنیم.

ذخیره سازی و حافظه ها

در جریان ساختن یک رایانه یا هر وسیله الکترونیکی دیگر، انباشتن و ذخیره اطلاعات بر پایه ای موقتی یا دراز مدت اهمیت دارد. ذخیره کردن اطلاعات در قطعات حافظه انجام می شود و از این رو انواع مختلف آن ها از آغاز ورد حافظه های با مغز مغناطیسی تاکنون به کار برده شده اند. در واقع، افزایش توانایی حافظه- یعنی مقدار اطلاعاتی که می شود در حجم معینی از فضا ذخیره کرد- حتی شتابان تر از منحنی قانون مور برای چگالی ترانزیستور، ارتقاء یافته است.

حافظه های دیسک سخت بر شالوده مغناطیس متکی اند، اطلاعات به صورت قطبش مغناطیسی روی یک دیسک ذخیره و به وسیله هد (نوک) خاصی با چرخش دیسک، خوانده یا نوشته می شود. پدیده ای که در اینجا در کار است مقاومت مغناطیسی غول آسا نام دارد که به اثر میدان های مغناطیسی بر مقاومت الکتریکی اشاره دارد. بسته به قطبش مغناطیسی (اینکه آیا بیت اطلاعات یک باشد یا صفر)، جریان های الکتریکی ثبت شده در هد خواندن فرق خواهند کرد. هم اکنون ظرفیت دیسک های مغناطیسی رایانه ها با استفاده از قانون مور افزایش یافته است و بازاری در حدود چهل میلیارد دلار را در اختیار دارد.

با بهره گیری از ساختارهای نانویی، می توان اندازه بیت های حافظه را اساساً بیشتر کاست و به این وسیله چگالی حافظه مغناطیسی و کارایی آن را افزایش داد و هزینه و بهایش را پایین تر آورد. روش های لیتوگرافی نانویی هم اکنون برای مهیا کردن برخی حافظه های بسیار نیرومند به کار گرفته می شوند.

علم و فناوری نانوامکانات حافظه ای متفاوتی ارائه می کنند. مثلاً مواد فوتو شکستار ، نمایانگر فقط یک نوع حافظه اپتیکی اند. سی دی ها و دی وی دی ها که برای ضبط موسیقی و فیلم می روند، خود نوعی فناوری اپتیکی به شمار می آیند که خواندن آن ها به کمک لیزر صورت می گیرد.

در واقع با استفاده از  فناوری نانومی توان ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات را در حد هزار برابر یا بیشتر افزایش داد. ذخیره سازی اطلاعات مبحثی بسیار مهم و ضروری است که می تواند به روش های مختلفی انجام شود.

حافظه های مغناطیسی و نوری (اپتیکی) متداول عمدتاً دو بعدی اند و بر شالوده یک سطح تخت استوارند. حافظه هایی چون حافظه های تمام نگاشتی و حافظه های شکستار نور بر پایه بر هم کنش نور و ماده استوارند. در چنین حافظه هایی، ذخیره اطلاعات از طریق تغییر حالت های ملکولی با میدان های لیزری پر شدّت صورت می گیرد. لیزرها برای نوشتن اطلاعات در داخل حافظه، یعنی اطلاعاتی که با تابش بیشتر لیزری پر شدّت می تواند تغییر کند یا با نور کم شدّت تر قابل خواندن است، به کار می رود. یکی از چشم گیرترین مزیت های چنین نانو ساختارهای اپتیکی از این قرار است که می توانند در سه بعد وجود داشته باشند، زیرا نه تنها سطح بلکه بدنه ماده هم خوانده می شود. این امر می تواند به کارایی های بالاتر و توانایی ذخیره در حافظه های اپتیکی منجر شود.

نانوالکترونیک رویکرد تازه ای را در صنعت الکترونیک در زمینه انواع جدید مدارها، پردازشگرها، شیوه های ذخیره اطلاعات و حتی روش های نوینی الکترونیک نوری جهت انتقال اطلاعات دارد

انواع حافظه های جدید

اکثر وسایل جدید الکترونیکی نیاز به حافظه زیاد دارند. امروزه مصرف کنندگان، طالب حافظه هایی با گنجایش گیگابایتی هستند. فلش های جدیدی الان در بازار است که بیش از 60GB حافظه دارد و همچنان مطلوب است که ذخیره بیشتر در فضای کمتری انجام گیرد. فناوری رایج این خواسته ها را به سختی فراهم می کند، اما فناوری نانو راه حل هایی بهتر پیشنهاد می کند.

یکی از ابزار جدید ذخیره اطلاعات استفاده از نقاط کوانتومی نیکلی در اندازه های نانومتری است که انتظار می رود برای ذخیره کردن ترابایتی داده ها، حتی در منازل و در استفاده های شخصی مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به وسایل ذخیره سازی نسبتاً بزرگ (از نظر فیزیکی) که هم اکنون داریم و این واقعیت که در حوزه های مختلف، به اندازه هایی در حدود گیگابایت نیاز داریم، پتانسیل بالایی برای فعالیت در این زمینه وجود دارد.

هر نقطه کوانتومی شامل یک توپ مجزا چند صد اتمی است که می تواند یکی از دو حالت مغناطیسی را داشته باشد. این به آن ها اجازه می دهد که یک بیت اطلاعاتی (صفر یا یک) را در بر بگیرند، همان طور که در محاسبات ماشینی عرف است. در دیسک های سخت رایج، بیت های اطلاعاتی باید به اندازه کافی دور از هم قرار گرفته باشند تا تلافی نداشته باشند. نقاط کوانتومی به صورت واحدهای کاملاً مستقلی عمل می کنند که از نظر ساختاری به هم متصل نیستند، بنابراین می توانند تا حدی به یکدیگر نزدیک تر شوند. آن ها می توانند تا تراکم مشخصی آرایش یابند که اجازه می دهد هر نوع اطلاعاتی تا 5 ترابایت در فضایی به اندازه یک تمبر پستی ذخیره گردد. فعالیت ها هم چنان باید ادامه پیدا کند تا زمانی که این نانو نقاط بهتر عمل کنند و با دیگر وسایل محاسباتی از قبیل تراشه های سیلیکونی کار کنند.

پردازشگرهای سریع تر

به علت محدودیت در فناوری های رایج، تولیدکنندگان پردازشگرها روی به فناوری نانو آورده اند تا نسل بعدی پردازشگرها و اجزای کامپیوتری را تولید کنند.پردازش گرهای امروزی از ابعاد نانومتری استفاده می کنند. هر چه ابعاد ریزتر باشد، سرعت پردازش سریع تر خواهد شد و هم چنین قدرت پردازش بالایی را می توان در فضایی کم ایجاد کرد.

 خیلی از شرکت ها در حال حاضر در آخرین مراحل توسعه تراشه های پردازنده با ابعادی حدود 60 نانومتر هستند. شرکت اینتل در حال وارد کردن محصولات 45 نانومتری خود به بازار است. تراشه های اینتل ویژگی بهتری را به معرض اجرا می گذارند که نتیجه ی پیشرفت 10 تا 15 درصدی حاصل از استفاده از فناوری نانو است. در این مقیاس از ابعاد نانومتری، تراشه آسیب کمتری را از کمبود انرژی می بیند بنابراین می تواند انرژی کمتری را مصرف نماید و مقدار زیادی انرژی را هم ذخیره کند.

پردازش گرهای امروزی از ابعاد نانومتری استفاده می کنند. هر چه ابعاد ریزتر باشد، سرعت پردازش سریع تر خواهد شد و هم چنین قدرت پردازش بالایی را می توان در فضایی کم ایجاد کرد

محققان  ترانزیستورهای را طراحی نموده اند که از نانولوله های کربنی استفاده کرده است و این ترانزیستورها پیشرفت های وسیعی را نسبت به ترانزیستورهای مرسوم سیلیکونی نشان می دهند. نانولوله های کربنی در مقیاس آزمایشگاهی دو برابر مقدار جریان الکتریکی را نسبت به بهترین ترانزیستورهایی که در بازار وجود دارد انتقال داده اند.

ترانزیستورهای مولکولی آجربناهای الکترونیک در مقیاس نانومتری خواهند بود. هر یک از مولکول هامی توانند جریان را مانند یک سیم نازک انتقال دهند. این مولکول ها با یک واکنش آکسایش و کاهش تغییر آرایش داده و روشن می شوند. هر اتصال یک پیوند را نشان می دهد. به کمک این سوییچ یک حالت صفر می تواند به یک تبدیل شود. بنابریان انواع مدارهای ترانزیستوری با این ترکیب مولکولی در ابعادی بسیار ریزتر شکل می گیرند.

منبع: تبیان