Будущее за наноэлектроникой

 


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.

Записал Денис Бартоломе, журнал «Российские нанотехнологии»