Нанотехнологии в науке и технике

Разработка и успешное освоение новых технологических возможностей потребует координации деятельности на государственном уровне всех участников нанотехнологических проектов, их всестороннего обеспечения (правового, ресурсного, финансово-экономического, кадрового), активной государственной поддержки отечественной продукции на внутреннем и внешнем рынках.

Основные цели применения наноэлектроники

Разработка и применение наноэлектроники, и связанных с ней направлений науки, техники и производства позволят достичь следующих основных целей:

в сфере политики:

· укрепление позиций России в группе государств-лидеров мирового развития;

· повышение рейтинга России в международном разделении труда;

в сфере экономики:

· изменение структуры валового внутреннего продукта в сторону увеличения доли наукоемкой продукции;

· повышение эффективности производства;

· переориентация российского экспорта с сырьевых ресурсов на конечную высокотехнологичную продукцию и услуги путем внедрения наноматериалов и нанотехнологий в технологические процессы российских предприятий;

в сфере национальной безопасности:

· обеспечение экономической и технологической безопасности на базе широкого внедрения нанотехнологий в модернизацию используемого и создание нового, более эффективного оборудования;

· повышение степени безопасности государства путем широкого внедрения наносенсорики для эффективного контроля присутствия следов взрывчатых веществ, наркотиков, отравляющих веществ в условиях угроз террористических актов, техногенных катастроф и других факторов внешнего воздействия;

· совершенствование имеющегося вооружения и создание новое военной и специальной техники;

в социальной сфере:

· повышение качественных показателей жизни и экологической безопасности населения путем внедрения в практическое здравоохранение систем диагностики, базирующихся на нанотехнологиях и предназначенных для раннего обнаружения тяжелых и хронических заболеваний (ранняя диагностика рака, гепатита, сердечно-сосудистых заболеваний, аллергии), профилактики и лечения, а также развитие производства новых препаративных форм лекарств и витаминов;

· создание новых рабочих мест для высококвалифицированного персонала инновационных предприятии, создающих продукцию с использованием нанотехнологий;

в сфере образования и науки:

· развитие фундаментальных представлений о новых явлениях, структуре и свойствах наноматериалов;

· формирование научного сообщества, подготовка и переподготовка кадров, нацеленных на решение научных, технологических и производственных проблем нанотехнологий, создание наноматериалов и наносистемной техники, с достижением на этой основе мирового уровня в фундаментальной и прикладной науках;

· распространение знаний в области нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники.

Эффективное достижение намеченных целей потребует системного подхода к решению целого ряда взаимосвязанных задач, основными из которых являются:

· координация работ в области создания и применения нанотехнологий, наноматериалов и наносистемной техники;

· создание научно-технической и организационно-финансовой базы, позволяющей сохранить и развивать имеющийся в России приоритетный задел в исследованиях и применении нанотехнологий;

· развитие бюджетных и внебюджетных фондов, поощряющих и развивающих исследования в области наноматериалов и нанотехнологий и стимулирующих вклады инвесторов;

· формирование инфраструктуры для организации эффективных фундаментальных исследований, поиска возможных применений их результатов, развития новых нанотехнологий и их быстрой коммерциализации;

· поддержка межотраслевого сотрудничества в области создания наноматериалов и развития нанотехнологий;

· обеспечение заинтересованности в решении научных, технологических и производственных проблем развития нанотехнологий и наноматериалов путем либерализации налоговой политики, оптимизации финансовой политики; создание системы защиты интеллектуальной собственности;

· разработка и внедрение новых подходов к обучению специалистов в области нанотехнологий /36/.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Термин «наноэлектроника» логически связан с термином «микроэлектроника» и отражает переход современной полупроводниковой электроники от элементов с характерным размером в микронной и субмикронной области к элементам с размером в нанометровой области. Этот процесс развития технологии отражает эмпирический закон Мура, который гласит, что количество транзисторов на кристалле удваивается каждые полтора-два года.

Однако принципиально новая особенностью наноэлектроники связана с тем, что для элементов таких размеров начинают преобладать квантовые эффекты. Появляется новая номенклатура свойств, открываются новые заманчивые перспективы их использования. Если при переходе от микро- к наноэлектронике квантовые эффекты во многом являются паразитными, (например, работе классического транзистора при уменьшении размеров начинает мешать туннелирование носителей заряда), то электроника, использующая квантовые эффекты, -- это уже основа новой, так называемой наногетероструктурной электроники.

Мировое научное сообщество сейчас активно дискутирует на тему квантовых битов, квантовых компьютеров и квантовой криптографии. Это наиболее яркие примеры того принципиально нового, чего можно добиться в области наноэлектроники. Перечисленные вещи, вообще говоря, фантастические, и до сих пор многие сомневаются, удастся ли что-либо из этого реализовать. По самым же оптимистичным прогнозам, современные компьютеры будут выглядеть в сравнении с квантовыми как телега на фоне «Мерседеса», настолько принципиально сильным ожидается отличие в скорости вычислений и в используемой алгоритмической базе.

Объём нынешнего рынка исследований и разработок в области микроэлектроники эксперты оценивают в два-три триллиона долларов. Ожидается, что в ближайшие годы рынок, связанный с нанотехнологией, достигнет одного триллиона долларов, и примерно треть от этой цифры -- изделия наноэлектроники. Сбудется ли этот прогноз, трудно сказать, но пока всё к тому сходится.

В России ситуация с развитием наноэлектроники является неоднозначной. Микроэлектроника по сравнению с передним мировым фронтом в России развита достаточно слабо. Разработки в таких областях, как СВЧ, фотоприёмники, излучательные структуры, солнечные батареи, силовая электроника и сейчас на очень хорошем уровне. Потенциал у нас есть, необходимо создать условия для развития наноэлектроники. И, к сожалению, за последние пятнадцать лет экономические реформы вместо ожидаемого рывка в этой области привели к потере позиций, сформированных во времена Советского Союза. Тогда наша страна была третьей микроэлектронной державой мира -- отставая от Японии и США, конечно, но превосходя по уровню и номенклатуре другие страны. Нишу, которую занимал СССР, сейчас прочно занимают Южная Корея, Тайвань, Китай, небольшие страны Азии, такие как Сингапур, и европейские страны -- Германия, Франция, Англия.

В наноэлектронике Россия сохранила преимущества, которые были у Советского Союза. Это касается таких областей, как СВЧ-техника, инфракрасная техника, излучательные приборы на основе полупроводников. Россия является родиной одного из наиболее значимых электронных приборов -- полупроводникового лазера, за который получил Нобелевскую премию академик Жорес Алферов.

Во многих областях наноэлектроники стартовые позиции у России достаточно неплохие. На полупроводниковых наногетероструктурах с двумерным электронным газом основывается, например, сотовая связь. Здесь мы, к сожалению, не в лидерах, но сделанные ранее разработки в областях СВЧ, фотоприёмников, излучательных структур, солнечных батарей, силовой электроники и сейчас на очень хорошем уровне. Потенциал у нас есть, особенно если учитывать, что многие специалисты, уехавшие из России в тяжелые времена экономических реформ, весьма успешно работают в самых передовых областях наноэлектроники за рубежом. Необходимо только создать организационные и экономические условия, чтобы всё это развивалось и у нас. Насколько я понимаю последние административные новации в области нанотехнологий, правительственные структуры уже этим озабочены. Ближайшее будущее покажет, насколько всё это правильно, верно и обоснованно. Моё мнение -- результаты должны быть.

Ещё один важный момент состоит в том, что Россия -- большая, многонациональная страна, и уже поэтому ее наука обречена иметь особые задачи, поставленные силовыми ведомствами. Военные действия ведутся сейчас преимущественно с использованием всё более высокоточного оружия. Космическая система наблюдения и связи важна для удержания контроля на большой территории. Мне очень нравится один из прогнозов Артура Кларка о том, что к 2010 году будет создана глобальная система тотального наблюдения всех за всеми, построенная по тому же принципу, что и сотовая связь, и интернет, -- для борьбы с терроризмом. Это весьма актуальная и серьёзная задача также и для России.

Для решения подобных всё более усложняющихся задач требуется электроника качественно нового уровня, и наноэлектроника становится важнейшим компонентом при ответе на вызовы современности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Е. Борисенко (Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Минск) Опубликовано в Соросовском образовательном журнале, №5, 1997 г.

2. Блохинцев Д.И. М.: "Наука". 1983 г. "Основы квантовой механики".

3. Бурнштейн Э., Лундквист С. М.:Мир, 1973. "Туннельные явления в твердых телах".

4. Дряхлушин В.Ф., Климов А.Ю., Рогов В.В., Гусев С.А. // Приборы и техника эксперимента. № 2. 1998. «Зонд сканирующего ближнепольного оптического микроскопа.»

5. Дьячков П.Н. // Природа № 11, 2000. «Углеродные нанотрубки. Материалы для компьютеров XXI века»

6. Епифанов Г.И. Физические основы микроэлектроники //1971 г. 376с.

7. И.Е. Ефимов, И.Я. Козырь, Ю.И. Горбунов Микроэлектроника.- М.: «Высшая школа»,1986.

8. Козырев С.В. Роткин В.В. // ФТП.1993.Т.27.вып.9С.

9. Коваленко А.А. - Основы микроэлектроники //М. Академия, 2006. - 240с

10. Марголин В.И. Физические основы микроэлектроники: учебник для студ. высш. обр. заведений. // 2008, 400с

11. Миронов В.Л. г. Нижний Новгород: Российская академия наук институт физики микроструктур, 2004. «Основы сканирующей зондовой микроскопии»

12. Неволин В.К. М.: МГИЭТ (ТУ), 1996. "Основы туннельно-зондовой нанотехнологии: Учебное пособие".

13. Пикус Г.Е. М.: Наука, 1965 «Основы теории полупроводниковых приборов».

14. Пул Ч., Оуэнс Ф. М.: Техносфера. 2005. «Нанотехнологии»

15. Рамбиди Н.Г., М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. «Нанотехнология и молекулярные компьютеры»

16. Ратнер М., Ратнер Д.М.: Вильямс. 2009. «Нанотехнология: простое объяснение очередной гениальной идеи»

17. Рыков С.А. СПБ Наука: 2001. «Сканирующая зондовая микроскопия полупроводниковых материалов и наноструктур».

18. Суздалев И.П. М.: КомКнига. 2006. «Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов.»

19. Третьяков Ю.Д. (Под ред.). М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. «Нанотехнологии. Азбука для всех»

20. Трефилов В.И., Щур Д.В., Тарасов Б.П. Киев: АДЕФ Украина, 2001. «Фуллерены - основа материалов будущего»

21. Фиалков А.С. М.: Аспект Пресс, 1997. «Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе»

22. Харрис П.М.: Техносфера. 2003 «Углеродные нанотрубки и родственные структуры. Новые материалы XXI века.»

23. Чаплыгин А.Н. М.: Техносфера. 2005. «Нанотехнологии в электронике»

24. Шевченко В.Я. М.: ЛКИ 2008. «Белая книга по нанотехнологиям»

25. Яминский. И.В. М.: Научный мир, 1997. «Сканирующая зондовая микроскопия биополимеров»

26. Simons J.G.J. Appl. Phys., 1963. «Electric tunnel effect between dissimilar electrodes separated by a thin insulating film»

27. Tersoff J. and Hamann D.R. Phys. Rev. Lett. v. 50, 1983. «Theory and application for scanning tunneling microscope»

Размещено на Allbest.ru