صنعت الکترونیک در کنار نانو

فناوری MRAM  

فناوری های روز حافظه(RAM, Flash Memory,…) مشکلات متعددی را برای مصرف کنندگان آنها به وجودآورده است که به عنوان نمونه می توان به سرعت پایین خواندن و نوشتن روی Flash Memories و یا محدودیت اقتصادی افزایش فضای RAM اشاره کرد. مشکل دیگر که با فناوری رایج وجود دارد، این است که به سرعت محدودیت های نظری پشت سر گذاشته می شود. برای مثال فناوری کارت حافظه محدودیت اندازه دارد و بیشتر از میزان مشخصی از اطلاعات را نمی تواند در خود جای دهد. هم چنین در دوباره ریختن اطلاعات یا بازنویسی اطلاعات نیز محدود است. نمی توان بیشتر از 10000 تا 100000 بار اطلاعات را در آن وارد کرد (بعد از این مقدار، داده ها دیگر ذخیره نخواهد شد). هم چنین محدودیت هایی برای حجم ذخیره سازی دیسک های سخت وجود دارد. با توجه به افزایش فعالیت هایی که نیازمند حافظه بیشتر است، باید راه حل هایی برای رفع این محدودیت ها در نظر گرفته شود.

MRAM یک فن آوری حافظه پایدار است که علاوه بر سرعت بالا می تواندظرفیت حافظه بالایی را نیز فراهم کند وهمچنین یک راه حل مناسب برای ثابت نگه داشتن پیشرفت و ترقی در بازار است. اساس کار MRAM بر پایه تفاوت مقاومت الکتریکی لایه های نازک مواد بر اثر قطبیده شدن ذرات آنها در راستاهای متفاوت می باشد؛ که به مقاومت مغناطیسی موسوم است.چون سلول های حافظه MRAM بر پایه ترانزیستور عمل نمی کنند پس درابعاد کوچک مشکلاتی نظیرتونل زنی رخ نمی دهد.

حافظه RAM معمول می توان خیلی سریع بخواند، بنویسد و دسترسی پیدا کند و به همین دلیل از آن برای کار با داده های موقت کامپیوتر سود می برند. به هر حال مشکل آن این است که به برق دائم نیاز دارد و گرنه همه اطلاعات را از دست می دهد مگر آنکه روی نوع دیگری از ابزار ذخیره سازی مثل دیسک های سخت ذخیره شود. MRAMسرعت دستیابی RAM را دارند، اما فراریت داده ها را از بین می برند و نیازی به برق برای کار ندارد. هم چنین آن ها مشکل محدویت خواندن و بازنویسی کارت حافظه را ندارند. MRAMجام مقدس حافظه نام گرفته است زیرا قبلاً این ویژگی ها بر روی یک تراشه منفرد هرگز وجود نداسته است.

استفاده از نانولوله های کربنی در صنعت الکترونیک

رشد سریع فناوری ساخت مدارهای الکترونیکی و ورود به مرز فناوری نانو (ابعاد زیر 100 نانو متر)، همراه با مزایا و شگفتی‌های دور از انتظاری که برای این فناوری به دنبال داشته، چالش‌ها و پرسش‌های فراوانی را نیز فرا روی متخصصین الکترونیک و پژوهشگران فناوری نانو قرار داد. برخی از این چالش‌ها مربوط به فرآیند و فناوری ساخت مدارهای الکترونیکی است و بخشی نیز مربوط به کوچک شدن ابعاد ترانزیستورها است که پایه و اساس مدارهای الکترونیکی می‌باشد. محدودیت‌های فناوری و چالش‌های کوانتومی مهم‌ترین چالش‌های نانو الکترونیک است.

افزایش این مسائل پژوهشگران را به فکر جایگزینی مواد جدیدی به منظور استفاده در مدارهای الکترونیکی انداخت. در واقع آنان به این موضوع می‌اندیشیدند که آیا به جای استفاده از ترانزیستورها و ابزارهای سیلیکونی (یعنی از جنس سیلیسیوم) که با چنین محدودیت‌هایی روبرو است، می‌توان از مواد دیگری استفاده کرد. کشف نانو لوله‌های کربنی (Carbon Nano Tube یا CNT) در سال 1991 توسط ایجمیا رۆیای آنان را به واقعیت نزدیک کرد. نانو لوله‌های کربنی با خواص خاص و چشم‌گیر الکترونیکی، مکانیکی، نوری و شیمیایی که دارد، هم از دیدگاه بنیادی و هم از دیدگاه کاربردی به سرعت کانون توجه پژوهشگران حوزه‌های گوناگون دانش قرار گرفت.

درواقع در هنگام ابداع ترانزیستورهای سیلیکونی، پژوهشگران از این که برای استفاده در مدارات الکترونیکی جایگزین مناسبی برای لامپ‌های خلاء یافته‌اند، بسیار هیجان‌زده بودند. آن‌ها اکنون به جای استفاده از لامپ‌های خلاء می‌توانستند از ترانزیستورهایی استفاده کنند که هم ارزان‌تر و کوچک‌تر بودند و هم ساخت آن‌ها در مقیاس وسیع بسیار ساده‌تر بود. بدین ترتیب بود که صنعت الکترونیک با یک جهش عظیم روبرو شد. به تدریج دانشمندان به منظور افزایش سرعت مدارهای الکترونیکی، شروع به کوچک کردن ابعاد ترانزیستورها کردند. این ماجرا آن قدر با جدیت پیش می‌رفت که گوردون مور بر اساس آن، یک قانون تجربی را بیان کرد؛ نصف شدن ابعاد ترانزیستورها در هر 18 ماه. اما این کوچک شدن تا جایی پیش رفت که محدودیت‌های فناوری و چالش‌های کوانتومی، مسائل اساسی و چالش‌های جدی‌ای را پیش روی پژوهشگران قرار داد. در این میان ایده‌ی جدیدی به تدریج شکل گرفت و آن جایگزینی نانولوله‌های کربنی به جای ترانزیستورهای سیلیکونی بود

پژوهشگران نانو الکترونیک نیز از این کشف جدید غافل نشدند و به بررسی خواص الکترونیکی نانو لوله‌های کربنی پرداختند

پژوهشگران به دنبال یافتن جایگزینی برای ابزارها و ترانزیستورهای سیلیکونی با ابعاد کوچک‌تر هستند. یک گام اساسی در انجام کوچک سازی مدارهای الکترونیکی، استفاده از مولکول‌های منفرد در ابزارهای الکترونیکی است. بدین منظور بررسی خواص الکترونیکی نانو لوله‌های کربنی، نتایج امیدوار کننده‌ای را به دنبال داشته است.

نانولوله های کربنی دارای فرم لوله ای با ساختار شش ضلعی هستند. نانو لوله ها را می توان صفحات گرافیتی فرض کرد که لوله شده اند. بر اساس محور چرخش صفحات نانو لوله ها می توانند رسانا یا نیمه رسانا باشند.

به علت اینکه کربن با سه پیوند همچنان دارای یک اوربیتال خالی p می باشد، حرکت موجی الکترون ها به راحتی در سطح بیرونی این لوله ها صورت می گیرد. این ساختار کربنی علاوه بر رسانایی بالا دارای استحکام مکانیکی بسیار خوبی نیز است.

برای ساخت نانو لوله‌های کربنی نیازی به فرآیند لیتوگرافی نوری نیست. بنابراین مشکلات و مسائل لیتوگرافی نوری در این جا وجود نخواهد داشت. هم‌چنین نانو لوله‌های کربنی می‌توانند چگالی جریان بسیار بالایی را تحمل کنند و عبور دهند بدون آن که دمای آن‌ها به صورت غیر عادی بالا رود. علت این مسئله ساختار مولکولی خاص نانو لوله‌های کربنی است.

از نانولوله های کربنی به دلیل رسانایی بالا و مقاومت کم در دمای محیط در ساخت کانال هدایت ترانزیستورها، نوک میکروسکوپ های عکسبرداری در ابعاد نانو استفاده می شود.

انتقال سریع ترداده ها

انتقال سریع تر داده ها در داخل و بین دستگاه ها می تواند به واسطه فناوری نانو فراهم شود. یک محدودیت بزرگ در سرعت انتقال، استفاده از اتصالات و سیم کشی های الکتریکی است، الیاف نوری با افزایش سرعت انتقال داده ها در بین ارتباطات تلفنی انقلابی را در صنعت مخابرات به وجود آورده است. این مسئله بدین معنی است که خدمات جدیدتری می تواند انجام شود مثل اینترنت با پهنای باند بالا بطور مشابه، این عقیده وجود دارد که با استفاده از الکترونیک نوری به جای سیم های مسی می توان سرعت انتقال داده هها را بین دستگاه هایی همانند کامپیوتر به طو چشم گیری افزایش داد مثلا استفاده از نقاط کوانتومی بر پایه لیزر در آینده امکان پذیر خواهد بود. که اطلاعات را بین اجزاء دستگاه ها با سرعت نور انتقال می دهد که هر قسمت از اطلاعات کد شده توسط یک طول موج یگانه نور منتقل می شود. با افزایش تعداد گره ها در شبکه های اطلاعاتی می توان داده ها را با سرعت بیشتری بین دو نقطه منتقل کرد. سرعت ارتباطات با افزایش سرعت انتقال داده ها، قدرت بیشتر پرداشگرهای سیار و ذخیره سازی بیشتر داده ها بر پایه فناوری نانو امکان پذیر است.

   ادامه دارد...

منبع: roshd-physics.mcgill -nanoforum -nano-nanoclub--.electronics

کتاب نانو فناوری-مارک ودانیل راتنر-هوشنگ گودرزی

کتاب آشنایی با فناوری نانو(2)-سلیمی،طاهری،احمدوند