فصل چهار و فایل صوتی چهارم
برای شنیدن قایل صوتی لطفا اینجا کلیک کنید
با سلام، من ریموند رخشانی هستم و حوزه کارشناسی ارشد من مهندسی سیستم ها و اتوماسیون کارخانه است، و حوزه تخصص من بکارگیری اندیشه سیستمی برای انتقال فن آوری و اجرا و پیاده سازی تولید فرآورده های نوین[۱] می‌‌باشد.
در این سلسله از مقالات[۲] و فایل های صوتی[۳]، کوشش می کنم که علم نانو[۴] و فنآوری نانو[۵] را (به زبان فارسی) از پایه، بنحوی سیستماتیک به دوستانی که علاقمند هستند، در حد توان، ارائه کنم.
در واقع این مقالات، فصل های کتاب جدیدی با همین نام (سفر به ریزها) هستند که سالهاست بر روی آن کار می کنم و در دست تهیه است، و تصمیم گرفته ام که پیشاپیش آن را، فصل به فصل، بطوری مجازی منتشر کنم.
از پژوهشگران و اندیشمندان عزیز خواهشمندم که لینک ها را به دوستان و بویژه به جوانان دانش پژوه ما (که اغلب دسترسی نظام مند برای آشنایی با علم و فنآوری نانو – به زبان فارسی – ندارند) ارسال فرمایند.
با احترام، ر. رخشانی
استفاده از مقیاس های نانومتری در صنعت کامپیوتر و فن آوری اطلاعات[۶]
در فصل های پیشین در مورد موفقیت قانون مور[۷] و همچنین پدیده اندازه پذیری و پیشرفت های باورنکردنی تکنیک فوتولیتوگرافی[۸] که به ما توانایی ساختن ترانزیستورهای کوچک تر و ریزتر را داد، نوشته شد.
چنین موفقیت‌هایی امکان طراحی مدارهای پیچیده تر و ظریف تر یکپارچه الکترونیکی را فراهم نموده و ما را به دنیای نانو رهنمون ساخته[۹]، که در آن همه قواعد فیزیکی و شیمیایی[۱۰] در تغییر هستند [۱۱]. در این فصل کتاب “سفر به ریزها” هدف من تعریف چنین تغییراتی است[۱۲] و همچنین اینکه چگونه می توان آن ها را مدیریت کرد[۱۳].
در چنین فرآیند ریزتر سازی مداوم[۱۴]، ما در واقع با دو رویکرد روبرو هستیم که از سویی ادامه تلاش های ما در اندازه پذیری مواد و مدیریت تاثیرات نانویی آنهاست[۱۵]، و از سویی دیگر رویکردی که توسط بسیاری پژوهشگران به نحوی موازی دنبال می شود این است که چه پدیده های بدیع و هیجان انگیزی را می‌توان در ابعاد نانویی کشف کرد، و یا اینکه چه ابزارهایی جدید را می‌توان اختراع کرد[۱۶].
در هر دو رویکرد پرسش این است که چه طبقاتی نوین از ابزارهای الکترونیک را می توان ساخت[۱۷] هنگامی که مهارت لازم در مقیاس های نانومتری را به دست می‌آوریم[۱۸] .
ابتدا به ساکن نکته مهم در رویکرد نخستین این است که هنگامی که مشخصاً، در حوزه الکترونیک، به ابعاد نانو می‌رسیم[۱۹]، چالش تغییرات نانویی[۲۰] چیست؟[۲۱]
برای پاسخ نیاز به کمی توضیح در مورد کارکرد ترانزیستورهای نیمه رسانای مقیاس نانو[۲۲] دارم[۲۳] .
تصویر زیر سطح مقطع ترانزیستوری را با دو الکترود آن که برق از درون آنها به جریان می‌افتد نشان می دهد. در زبان صنعت الکترونیک یا صنعت برق، ما آن سطح مقطع را کانال[۲۴] می نامیم، درست مانند آب که از درون کانالی جریان می یابد، جریان الکترون ها هم از چنین کانالی می گذرد[۲۵] .
سویه دست چپ ترانزیستور را منشاء[۲۶] یا منبع ( Source ) می نامیم[۲۷]، و در دست راست چنین ترانزیستوری، ما تخلیه گر ( Drain ) را داریم [۲۸].
آنچه در بالای تصویر قرار دارد کنترل کننده است و دروازه ( Gate ) نامیده می شود که کانال را (که در واقع کانال ارتباطی بین منشاء و تخلیه گر است ) باز و بسته می کند[۲۹] .
مکانیسم مشخص باز و بسته شدن چنین است که با کاربرد ولتاژ بر چنین دروازه ای، ما دریایی از الکترون ها را بسوی دروازه می رانیم و به جریان می اندازیم یا از جریان باز می داریم[۳۰] . برای تصویری ساده درست مثل اینکه ما جریان آبی افقی را با گذاشتن سدی یا مانعی در مسیری عمودی کنترل کنیم[۳۱]. در حوزه برق هم، ما می توانیم جریان برق را با الکترود سوم که همان دروازه است خاموش یا روشن کنیم[۳۲] بدون اینکه نیازی به آمپر یا ولتاژی بالا، و نتیجتا نیروی برق زیادی داشته باشیم[۳۳].
هنگامی هم که پتانسیلی برقی را با سویه ای مخالف به کار می بریم الکترون ها از کانال دفع شده و کانال خالی می شود و جریان برق باز می ایستد[۳۴] .
در عکس بالا الکترود دروازه، از دو الکترود دیگر از طریق اکسیدی جداست[۳۵] و در صنعت الکترونیک آن اکسید را اکسید دروازه ( Gate Oxide ) می خوانند . همانطور که پیشتر نوشتم از خواص بی نظیر سیلیکن برای به وجود آوردن چنین اکسیدی بومی[۳۶] بوده است که به ساخت ترانزیستور مدرن یاری داده شده است [۳۷].
چنین اکسیدی، عایق یا نارساناست و از جریان معکوس برق، یعنی جریان برقی از دروازه به کانال، جلوگیری می کند که پدیده ای پر اهمیت و بسیار سودمند است[۳۸] . برای چنین کنترلی هم نیاز به جریان برقی بسیار بسیار کم داریم . یعنی در اساس، جریان برقی از دروازه به کانال موجود نیست، اما با کاربرد این پتانسیل ما جریان برق را کنترل می کنیم ، یعنی می توانیم کانال خود را پر و خالی کنیم و هزینه ای الکترونی هم نمی پردازیم . تنها هزینه، کاربرد بسیار کوچک ولتاژ است[۳۹].
زیبایی سیلیکن در صنعت الکترونیک همین اکسید بومی یا اکسید سیلیکن است که بسیار هم ساده شکل می گیرد[۴۰] . نخست اینکه، رویش این اکسید بسیار طبیعی است. در واقع ویفر سیلیکن را در کوره ای قرار می دهیم و با معرفی درجه حرارتی دقیق[۴۱] و میزان مشخصی از آب و اکسیژن[۴۲]، رویش چنین اکسیدی بومی در مقیاسی نانویی را تسهیل می کنیم[۴۳] . دانشمندان علم نانو می توانند رویش چنین اکسیدی را تا ضخامتی ۲ نانومتری کنترل کنند[۴۴] . نتیجتا اینکه با چنین اکسیدی بومی دانشمندان می توانند بخش هایی از سیلیکن را که از ویفر بیرون می زند )که کمی بزرگتر از یک نانومتر است( را خنثی کرده و پوشش دهند[۴۵] . بدین وسیله، دانشمندان استراتژی خنثی سازی سیلیکن را با استفاده از اکسید بومی خود این ماده عملی کرده اند. اگر نیاز به اکسیدی با ضخامتی بیشتر هم داشته باشیم، تنها با ازدیاد درجه حرارت به سادگی آن اکسید کامل و بومی[۴۶] را به دست می آوریم[۴۷].
حالا پرسش این است که چالش ها در کجا هستند؟ پیش تر در مورد اندازه پذیری[۴۸] نوشته شد و در مورد اینکه برای مدارهای یکپارچه الکترونیکی، می بایست توانایی ساخت ترانزیستورهایی بی شمار را داشته باشیم[۴۹]. اندازه پذیری[۵۰] و ریزسازی[۵۱] بهم مرتبط[۵۲] و برهم متکی[۵۳] هستند. ما در این فرآیند، ابعاد افقی[۵۴] را ریزتر و ریزتر کرده ایم تا ترانزیستورهایی بی شمار را در مدارهای یکپارچه الکترونیکی[۵۵] جا دهیم. اما نیاز به کوچک کردن ابعاد، در محور عمودی[۵۶] هم داریم. این بدین مفهوم است که اکسید بومی ما هم نیاز به نازک تر و نازک تر شدن دارد و چنین پدیده ای الکترود دروازه کنترلی[۵۷] ما را هم به کانال نزدیک تر و نزدیک تر می کند[۵۸]. خوب، این بدان معناست که برای القای همان ولتاژ ناچیز هم، ایجاد فاصله با کانالی بسیار رسانا و بسیار هادی چالشی بزرگ است. پیش تر اشاره کردم که اکسید دروازه، عایق یا نارساناست و از جریان معکوس برق، یعنی از احتمال جریان برق از دروازه به کانال، جلوگیری کرده و آن را کنترل می کند[۵۹]. با کوچک تر و ریزتر کردن ترانزیستورها، چالش کنترل هم بزرگ تر و مشکل تر می شود. این چالش نخست و بزرگ پدیده اندازه پذیری نانویی[۶۰] ما در صنعت الکترونیک است.
مسئله آنجاست که هنگامی که ما چنین دروازه ای را- اکسید بومی خود را- به نازکی دو نانومتر می سازیم چه اتفاقی می افتد؟ خوب حالا، همین جاست که می بایست به الکترون ها به مثابه موج بنگریم[۶۱] و در مورد مکانیک کوانتومی بیاندیشیم[۶۲] . اگر بخاطر داشته باشید در فصل دوم کتاب “سفر به ریزها” اشاره داشتم به اینکه فوتون ها در طول موج هایی بلندتر (چند صد نانومتری) هم می توانند موج مانند باشند، اما الکترون ها خاصیت موج مانند و گستره ی فضایی[۶۳] خود را تنها در مقیاس های چند نانومتری (که همان تونل زنی کوآنتومی است، و در بخش صنعت الکترونیک و کامپیوتر مطرح می شود[۶۴] ) نمایان می سازند[۶۵].
خوب اگر الکترون در چنین مقیاسی، کارکردی موج گونه داشته باشد و چنین اکسیدی بسیار بسیار نازک داشته باشیم )البته نازک در مقایسه با طول موج خود الکترون( حالا چنین موجی می تواند در هر دو طرف چنین مانعی قرار گیرد، یعنی هم در سمت چپ ) در سویه منبع ([۶۶]و هم در سمت راست ) یعنی در سوی تخلیه گر[۶۷]. (یعنی در ابعاد احتمالاتی مکانیک کوانتومی، الکترون مورد نظر ما می تواند در الکترود دروازه[۶۸] ما هم باشد، اما احتمال آن هم هست که در کانال ما هم باشد. اگر به خاطر داشته باشید، نکته دوست داشتنی و توانایی بسیار مهم برای ما در مورد طراحی ترانزیستور، این بود که هیچ جریان برقی معکوسی در کانال نمی توانست وارد شود، و حال اینکه در چنین ابعاد و مقیاس هایی ما با پدیده تونل زنی کوانتومی[۶۹] روبرو شده ایم که چالشی عمده است[۷۰].
البته این تنها یک نمونه از چالش های مکانیک کوانتومی است[۷۱] و اگر ما پارادایم خود -یعنی شیوه ی نگرش علمی خودمان با تعریف ویژه آن -را تغییر ندهیم و اگر نتوانیم رویکرد فنی خود را تغییر دهیم، همه امتیازاتی را که در الکترونیک سیلیکنی به دست آورده بودیم، به خطر می اندازیم[۷۲].
دقیقاً در همین موارد است که علم و مهندسی مواد[۷۳] و فناوری نانو به ما یاری می دهند تا چنین چالشی را پاسخی بیابیم[۷۴].
تصویر پایین، نموداری می باشد که از میکروسکوپی الکترون تراگسیلی گرفته شده است و دروازه ای سیلیکنی را ، که نوعی استاندارد است، به نمایش می گذارد[۷۵]. در آن دروازه، دی اکسید سیلیکن همان شیشه و یا همان اکسید بومی رویش داده شده است[۷۶].
البته یادمان باشد که پیش از میکروسکوپهای الکترون تراگسیلی[۷۷]، داشتن چنین تصویری و چنین نموداری باورنکردنی بود زیرا که ساختاری که در این تصویر دیده می شود، تک اتم ها هستند[۷۸].
مبحثی را که در فصل های پیشین پیرامون پیشرفت های ابزاری دانشمندان علمی مطرح کردم[۷۹]، در این مورد به خصوص )عکس بالا (به کار گرفته شده است. یعنی دانشمندان علمی توانستند با استفاده از الکترون ها به عنوان ابزار، موادی به ریزی خود الکترون ها را در مقیاس های نانویی مشاهده کنند[۸۰]. این یعنی اینکه با استفاده از طول موج فوتون های نور قابل رویت[۸۱]، مشاهده و تصویربرداری از الکترون ها غیرممکن بود، زیرا که طول موج های نور قابل رویت آنچنانی، جهت واکاوی چنین تصویری[۸۲] از اتم ها، بسیار بزرگ تر بودند[۸۳].
عکس زیر که اکسید دروازه ای[۸۴] نامیده می شود و حدوداً ضخامتی ۲ نانومتری دارد را، در ترانزیستوری نشان می دهد[۸۵].
برای کنترل موثر کانال، اکسید دروازه ای، یعنی الکترود سوم، نمی تواند بسیار دور از آن کانال )البته دوری در ابعادی نانویی( باشد. در نتیجه، ما با ریزتر و ریزتر و کوچک تر کردن ترانزیستورها، همچنین نیاز به نازک تر کردن چنین اکسیدی هم داریم تا از طریق آن، یعنی از طریق چنین دروازه ای، آن کانال پایین را هرچه موثرتر[۸۶] کنترل کنیم[۸۷].
در دو تصویر بالاتر، ما آنچه را که راه حل فرا–کی[۸۸] نامیده می شود[۸۹] را می بینیم که فرا–کی ( High-K) استناد به استفاده از ماده ای دیگر[۹۰] با خواصی دیگر و کاملا متفاوت دارد[۹۱].
یعنی دانشمندان علمی و فن آوران نانو موفق شده اند که ماده ای نارسانا[۹۲] را که کمی ضخیم تر است، بین دروازه و زیرلایه ی خود سیلیکن، جاسازی کنند. جای دادن چنین ماده ی عایقی، یعنی ماده ی نارسانایی که کمی ضخیم تر است، کماکان توانایی کنترلی موثر بر کانال را در درون ترانزیستور امکان پذیر کرده است[۹۳]. با چنین ابداعی علمی، یعنی ماده ای دیگر که اگرچه ضخیم تر است، دانشمندان کماکان می توانند جریان برق را هرچه موثرتر در درون ترانزیستور کنترل کرده و روشن و خاموش کند، و همچنین قادرند پدیده تونل زنی کوانتومی[۹۴] را به تعویق بیاندازند[۹۵]. این نوآوری علمی و خلاقیت فنی، اکسید دروازه ای را ضخیم تر کرده و کماکان همان قدرت کنترل و توانایی مدولاسیون[۹۶] را بدون افزایش جریان برق امکان پذیر ساخته است. آنچه در صنعت الکترونیک[۹۷] دی الکتریک[۹۸] های فرا–کی[۹۹] خوانده می شوند[۱۰۰]، موادی نوین شمرده می شوند و اختراعاتی بسیار هیجان انگیز هستند[۱۰۱] و موادی بسیار جالب در این صنعت محسوب می شوند[۱۰۲].
نکته ای که می بایست به خاطر بسپاریم، و پیش تر هم اشاره کردم، این است که ما در فرآیند ظریف تر کردن ابزارها و برای چنین پیشرفت ها و نوآوری های علمی و فنی نوین، بها هم می پردازیم[۱۰۳]. برای نمونه، ما توانایی پالایش اکسیدی بومی را، که بسیار برای صنعت ترانزیستور و برای عایق سازی[۱۰۴] بر سطح سیلیکن اهمیت داشته است، تا حدودی از دست می دهیم تا بتوانیم چنین دی اکسیدی را بوجود آوریم[۱۰۵].
همچنین همانگونه که پیش تر نوشته شد، یادمان باشد که دانشمندان علم نانو تا چه اندازه به طراحی چنین اکسیدی بومی[۱۰۶] بر سطح سیلیکن اهمیت داده اند و توانایی رویش طبیعی آن را بر سطح سیلیکن به عنوان توانایی فنی بزرگ در صنعت الکترونیک شمرده اند، و از آن توانایی برای تولید ترانزیستور بهره برده اند[۱۰۷]، و البته همانطور که پیش تر اشاره کردم، مادامی که می توانستند در محیطی پاکیزه یعنی در اتاق هایی پاکیزه،[۱۰۸] از هرگونه آلودگی ذره ای[۱۰۹] که برای تولید ویفر[۱۱۰] بسیار مخرب می بود ) به دلیل ناخالصی ای [۱۱۱]که به راه انداختن جریان برق می انجامید (جلوگیری نمایند.
در تصویر بالا نشان داده شد که دانشمندان چگونه توانستند که ماده نوینی را )که اکسیدی بومی نیست (طراحی کرده بر سطح سیلیکن بنشاند و همه ی خواص سودمند و درست سیلیکن را هم حفظ کرده و داشته باشند. در این حوزه ی بخصوص، پیشرفت های فنی بسیار هیجان انگیزی با استفاده از ابزارهای مدرن و شیوه های نوین علمی بوقوع پیوسته که دانشمندان توانسته اند لایه ی بسیار بسیار نازکی از ماد ه ی دیگری را هم) به ضخامت نزدیک به حدود یک نانومتر( بر سطح سیلیکن بنشانند[۱۱۲]. این شیوه فنی و روش علمی نوین در فناوری نانو لایه نشانی اتمی یا لایه گذاری اتمی[۱۱۳] خوانده می شود و بسیار هوشمندانه اختراع شده تا دی الکتریکی یا عایق خازنی[۱۱۴] را متشکل از لایه های متناوب[۱۱۵] فلز هافنیوم و اکسید هافنیوم[۱۱۶] بوجود آورند.
با استفاده از ابزارهای فنی و از طریق شیوه و فرآیند علمی لایه نشانی اتمی[۱۱۷] دانشمندان نانو قادرند که، به نحوی بسیار دقیق، لایه ای از هافنیوم را بر سطح سیلیکن نشانده و لایه به لایه، نخست هافنیوم و )سپس با معرفی اکسیژن( اکسید هافنیوم[۱۱۸] را بر سطح آن ترانزیستور بنشانند[۱۱۹].
چنین موادی بسیار کامل، تنها براستی در مقیاسی اتمی و بنحوی لایه به لایه[۱۲۰] می توانند طراحی و سپس تولید شوند. سطح تماس آنها با لایه ی زیرین سیلیکن هم به دقت و کاملاً[۱۲۱] می باید مدیریت شود[۱۲۲]. با معرفی لایه به لایه ی اتم های هافنیوم، آنها دقیقاً با اتم های سیلیکن زیرین که در جستجوی ثبات اند و می‌خواهند به آن اعداد جادویی[۱۲۳] برسند، پیوند می زنند[۱۲۴].
با چنین میزانی از کنترل در مقیاس اتمی[۱۲۵] است که می‌توان با رویکردی پایین به بالا[۱۲۶] سطح تماس را به نحوی کامل مدیریت کرد زیرا که، همانگونه که اشاره داشتم، هر اتم سیلیکن برای ثبات و رسیدن به همان اعداد جادویی، بی نهایت دقیق، با اتم هافنیوم پیوند می خورد. چنین پیوندی در عکس پایین به نمایش گذاشته شده است[۱۲۷].
چنین روش و رویکردی[۱۲۸]، در عین حال، نمونه خوبی از قواعد مکانیک کوانتومی است[۱۲۹] هنگامیکه ما به مقیاس های کوچک تر و ریزتر نزدیک شده، و به بنیان های علم فیزیک و علم شیمی در ابعاد اتمی می رسیم[۱۳۰].
تنها با خلاقیت و بوجود آوردن شیوه ها و ابزار های مدرن از قبیل لایه نشانی اتمی[۱۳۱] دانشمندان قادر شده‌اند تا قانون مور[۱۳۲] را همچنان در حوزه صنعت الکترونیک به اجرا بگذارند[۱۳۳] و استمرار دهند. در حالیکه در حدود ۲۰ سال پیش، یعنی در آغاز هزاره سوم میلادی، دانشمندان علمی بسیاری پیش بینی کرده بودند که قانون مور در حدود ۱۰ سال به پایان خواهد رسید، اما خلاقیت فنی و نوآوری علمی دانشمندان نادرستی ادعای آنها را ثابت کرد[۱۳۴]. حتی سال ها پیش خود گوردون مور هم بر این باور بود که قانون او تقریباً تا حدود سال ۱۹۷۵ پابرجا خواهد بود. اما خلاقیت علمی بشر همه را شگفت زده کرده است که چگونه انسان ابزارساز توانسته است و کماکان نیز قادر است که چالش هایی فنی را در مقیاس هایی اتمی و معیارهای طولی نانویی[۱۳۵]، از آن زمان تا کنون پاسخ داده و اکنون نیز بدهد[۱۳۶].
در اینجا به نکته ی بسیار مهمی در مورد انسان ابزارساز اشاره کنم[۱۳۷]. علمِ مدرن دهه هاست ثابت کرده است که تاریخ پیشرفت علمی انسان و دوره بندیِ پیشرفت جوامع انسانی بر اساس دوره بندی ابزاری بشر (دست ورزیِ فنی) بوده است[۱۳۸] . از زمانی که این موجود بر دوپایِ خود ایستاده است[۱۳۹] از دو دست خویش به عنوان اولین ابزار استفاده کرده است. یعنی انسان موجودی ابزارساز بوده است.[۱۴۰] از مهارکردن و استفاده از آتش و از فن آهنگری و فلزکاری از زمان هایِ کهن گرفته؛ تا نورشناسی و فیزیک نوری در قرنِ ۱۷ میلادی و علوم شیمی و فیزیک و برق در قرونِ ۱۸ و ۱۹؛ تا فیزیک کوانتومی در اوایل قرنِ ۲۰ و علوم و فن آوری ژنتیک در اواخر همان قرن؛ و بالاخره تا علم و فن آوری نانو در اواخر قرن ۲۰ و اوایل قرن ۲۱، انسان موجودی ابزارساز بوده است . انسان از ابزار استفاده کرده است.[۱۴۱] بدون ابزارها، انسان هنوز در غار می زیست . در واقع خلاقیت بشر در ابزارسازی دلیل عمده پیشرفت های وی بوده است، و البته، در اکثر موارد، ابزارهایی سخت افزاری پیشرفت های بشر را تعریف کرده، بوجود آورده و به پیش برده اند. ولی انسان برای چنین نوآفرینی های سخت افزاری، از تخیل خویش برای تصویری از آینده داشتن هم، در طول تاریخ بهره برده است و از ابزارهایی تحلیلی نیز از قبیل ریاضیات در دنیای کهن و ابزارهای مدرن مجازی از قبیل شبیه سازی[۱۴۲] و برنامه ریزی های نرم افزاری[۱۴۳] استفاده کرده است و می کند. بدین مفهوم، امروزه ریاضیات و شبیه سازی و برنامه ریزی های نرم افزاری، علم[۱۴۴] نیستند، این ها، دانش ها[۱۴۵] و ابزارهایی مجازی و روش هایی تحلیلی[۱۴۶] در خدمت علم هستند. اما و البته مسلما، این علوم[۱۴۷] و ابزارهای سخت افزاری بوده اند که عصر‌های انسانی را ساخته اند. وقتی می گوییم عصر[۱۴۸] حجر یعنی دوره ای که ابزار غالب موردِ استفاده ی بشر ابزاری سنگی بوده است، یا عصر آهن[۱۴۹] که ابزار اصلیِ مورد استفاده ی انسان، ابزاری آهنین[۱۵۰] بوده است، و یا مثلا امروز، که عصر[۱۵۱] ارتباطات نامیده می شود، و ابزار غالب مورد استفاده ی بشر در کنار هزاران ابزار دیگر، ابزارهایی ارتباطاتی هستند.[۱۵۲]
البته برگردم به بحث کتاب اینکه، اخیرتر در فرآیند ابزارسازی، با کوچک تر و ریزتر کردن ترانزیستورها چالش جدید دیگری هم بوجود آمده است. این چالش جدید، نشت جریان برق به درون کانال در ترانزیستور حتی در وضعیت خاموش آن است. یعنی با ریزتر و ریزتر کردن ترانزیستورها، ما کماکان در کانال بسیار کوچک و کوتاه آنها، بهنگام موقعیت معمولی خاموش[۱۵۳] آنها، با میزان کمی از جریان برق روبرو هستیم.
یکی از راه حل ها، برای دانشمندان علمی و فناوران نانو، این بوده که تنها به لایه نشانی سطح چنین ابزارهایی بسنده نکرده و به پوشش کل آنها و گذاشتن الکترودهای دروازه ای[۱۵۴] در هر دو سوی آنها، و حتی بر لبه های ترانزیستورها بیاندیشند.
در این چالش نوین هم شیوه فنی لایه نشانی یا لایه گذاری اتمی[۱۵۵] سودمند بوده است. البته فرآیند لایه نشانی یا لایه گذاری اتمی که تنها به نحوی عمودی لایه ها را بر سطحی می نشاند، برای پوشش دهی کل سطوح کافی نیست[۱۵۶]. یعنی ما نیاز به پوششی کلی در مقیاس های نانویی در همه سطوح داریم، و از آنجا که در روش لایه گذاری اتمی، اتم هافنیوم به هر سطحی واکنشی شیمیایی نشان می دهد، می توان آن روش فنی را برای پایین، بالا و کناره ی ترانزیستورها هم بکار گرفت و پوششی اکسیدی بر کل ترانزیستور بوجود آورد[۱۵۷].
تصویر زیر شکل دهی لایه ای از اتم های هافنیوم را برای پوشش دهی سطوح ترانزیستور نشان می دهد.
دو تصویر زیر شکل دهی متناوب و لایه به لایه ی نخست هافنیوم و )سپس با معرفی اکسیژن( اکسید هافنیوم را بر ترانزیستور برای پوشش دهی همه سطوح ترانزیستور نشان می دهند.
البته در فرآیند ریزتر کردن ترانزیستورها[۱۵۸]، دانشمندان علمی با چالش دیگری هم روبرو هستند. پروسه لیتوگرافی همواره دوبعدی و بر روی صفحه ای انجام گرفته است و مدارها همیشه به نحوی دو بعدی طراحی شده اند و بر صفحه ای مسطح جاسازی شده اند.
حال اینکه هنگامیکه ما به پوششی اکسیدی می رسیم، در واقع ما از سطح به عمق سیلیکن وارد می شویم، که گویی نوعی کانال زدن یا کانال کشی به درون آن ماده را انجام می دهیم، و نتیجتا اینکه از دو بعد به سه بعد وارد شده ایم. در چنین روندی ما همواره امکان صدمه زنی به مداری را که دو بعدی طراحی شده ، داریم. در این راستا، ما با ساختارهایی سیلیکنی روبرو می شویم که جنبه عمقی یا ارتفاعی دارند، اگرچه بسیار بسیار ریز ونازک هستند. اما از دیدگاه آرشیتکتی، چنین ساختارهایی، سه بعدی اند. جالب اینکه دانشمندان متوجه شدند که چنین پدیده ای سه بعدی، امکان طراحی مدارهای یکپارچه الکترونیکی سه بعدی را هم فراهم می‌کند، که دو دهه هست مبحث آن )علیرغم چالش های طراحی شان( بین دانشمندان مطرح بوده است. در این حوزه الکترونیک و با چنین توانایی علمی و روش فنی طراحی سه بعدی) که در حال شکل گیری است( مسلماً قانون مور هم، با استراتژی های نوین علمی و مهندسی مواد[۱۵۹] و با روش های فنی لایه گذاری ها، ادامه خواهد یافت. استمرار آن قانون هم نه تنها برای یک یا دو نسل دیگر از مدارهای یکپارچه الکترونیکی[۱۶۰] که برای نسل ها می تواند ادامه یابد. برای نمونه نانو لوله های کربنی، که پیشتر به آنها اشاره داشتم، از جمله موادی نانویی و طراحی شده اند که هم امروز به تداوم قانون مور یاری داده اند[۱۶۱]. اگر به خاطر داشته باشید، در فصل دوم سفر به ریزها نوشتم که نانو لوله های کربنی[۱۶۲] صفحه مسطح گرافین هستند که لوله شده اند.
تصویر زیر ساخت شبکه های شش ضلعی صفحه مسطح گرافین را نشان می دهد.
کشف اینکه چنین نانو لوله های کربنی را می توان از تک لایه اتمی کربن ساخت، که شبکه های شش ضلعی دارد، و حتی می توان آن ها را پالایش[۱۶۳] داد، دلیل اهدای جایزه نوبل به دو دانشمند فیزیکدان روسی الاصل از دانشگاه منچستر انگلستان، یعنی دکتر آندره گییم[۱۶۴] و شاگرد وی کنستانتین نووسلوف[۱۶۵]، در سال ۲۰۱۰ شد[۱۶۶].
مسئله پالایش[۱۶۷] چنین ماده ای نیاز به کمی توضیح دارد. شما می توانید صفحه ای با اندازه ای معمولی از گرافین را فرض کنید که از سوی درازا یا پهنا و یا از هر زاویه ی دیگری می توان آن را لوله کرد. یادمان باشد که گرافین ساختاری منظم و شش ضلعی مانند کندوی عسل دارد. اگر در پایان لوله کردن چنین صفحه ای، بخواهیم که تک اتمی از کربن آن صفحه را به اتم کربن دیگری از نانو لوله ای دیگر متصل کنیم، در واقع با گزینه های بسیاری روبرو هستیم. نانو لوله های کربنی می توانند قطری متفاوت، پیوندی متفاوت و شیوه های دگرگونه لوله شدن[۱۶۸] متفاوت داشته باشند، برای نمونه یکی از صفحه ها از درازا و دیگری از پهنا و یا از بسیاری گزینه های دیگر[۱۶۹].
نکته بسیار مهم و جالب و شگفت انگیز در مورد نانو لوله های کربنی، این واقعیت است که متکی بر اینکه آنها چگونه و از چه زاویه ای لوله شده اند، خواص آنها کاملاً متفاوت است. برای نمونه، بر حسب نوع و زاویه پیچاندن و لوله کردن آنها، یکی از آنها می تواند نیمه رسانا و دیگری فلز باشد، که قابلیتی باور نکردنی و قدرتمند را در اختیار دانشمندان علم نانو می گذارد زیرا که مجموعه ای از موادی متفاوت در اختیارشان قرار گرفته، که می توانند کارکردهای گوناگون داشته باشد. با اینکه بخش سازنده همگی آنها یگانه است و همان صفحه مسطحی از گرافین می باشد، دانشمندان نانو فرصت تبدیل آن صفحه ها را به موادی نانویی دارند که می توانند خواصی جذاب و خیره کننده داشته باشند.
نکته مهم دیگراینکه هنگامیکه به مسائل مهم در مورد صنعت الکترونیک می پردازیم، تمام چالش هایی که در مورد پاکیزگی محیط تولید و عدم وجود کوچکترین ذرات گرد و غبار نوشته شد، در مورد بکارگیری نانو لوله های کربنی نیز برای ساخت ترانزیستورها موضوع چالش می باشد. علیرغم پیشرفت های بسیار بزرگ در این حوزه، دانشمندان علم نانو همواره و بنحوی مستمر به چالش تولید هرچه پاکیزه تر ترانزیستورها، از نانو لوله های کربنی بسیار خالص و پالایش یافته، می اندیشند. علاوه بر آن، با توجه به تغییرات خواص نانویی مواد بر حسب نوع پیچانده یا لوله شدن صفحات گرافین، اتکاپذیری فرآیند تولید[۱۷۰]، برای نانو لوله های کربنی ای خالص با خواصی مشترک و یکسان[۱۷۱]، اهمیتی دو چندان دارد[۱۷۲] .
در سه یا چهار سال گذشته برای تولید خواصی مشترک و یکسان در نانو لوله های کربنی، از مولکول دی ان ای[۱۷۳]، که بنحوی گزینشی[۱۷۴] به نانو لوله های کربنی پیوند می خورد، استفاده شده است[۱۷۵] . در این روش شگفت انگیز، متکی بر ردیف ویژه [۱۷۶]dna molecule مولکول دی ان ای[۱۷۷]، و همچنین بستگی به اینکه نانو لوله ها چگونه و با چه زاویه ای پیچانده یا لوله شده اند، دانشمندان علمی توانسته اند که خواص مشترک و یکسان آنها را تفکیک و دسته بندی[۱۷۸] کنند[۱۷۹]. چنین شیوه ی بدیعی، امکان بکارگیری ذراتی نانویی و موادی نانویی[۱۸۰] را برای طراحی و ساخت کامپیوترهایی مشتری محور[۱۸۱]، سفارشی و ویژه بوجود آورده است[۱۸۲]، که علیرغم استفاده مشترک از نانو لوله های کربنی[۱۸۳] به عنوان بخش های سازنده[۱۸۴] کامپیوتر، کیفیت هر کامپیوتر، سفارشی و مشتری بنیان[۱۸۵] و مختص به درخواست ویژه مشتری[۱۸۶] می باشد و مشابه به دیگر کامپیوتر ها نیست[۱۸۷]، و این یعنی پاسخگویی به سفارش انبوه مدارهای یکپارچه الکترونیکی[۱۸۸] .
البته با ریزتر و کوچک تر کردن مدارهای یکپارچه الکترونیکی، دانشمندان علم نانو با چالش و افزایش چگالش گرما[۱۸۹] هم روبرو بوده اند . در این زمینه هم استفاده ژرفایی و عمودی گرافین بر روی ویفر، که نه تنها رسانای الکترونی عالی که رسانای گرمایی[۱۹۰] بی نظیری هم هست، بسیار ارزشمند بوده است[۱۹۱].
دو تصویر زیر استفاده از گرافین را بر روی ویفر ترانزیستور نشان می دهند.
نکته ی مهم دیگری که مایل هستم به آن اشاره کنم، این واقعیت است که با توجه به آنچه نوشته شد می توان به عجیب و غریب بودن دنیای نانویی[۱۹۲] و جهان کوانتومی ما[۱۹۳]، که هر روزه در آن موادی نانویی با خواصی نوین و متفاوت توسط فن آوران و دانشمندان علم نانو طراحی و اختراع می شوند، تاکید کنم[۱۹۴]. پیشرفت های علمی نانویی و روش های فنی نانویی ای که هر روزه شاهد هستیم[۱۹۵]، روند مسلمی را به دنیای کامپیوتری و یا به جهان دیجیتالی ای نوین[۱۹۶] نمایش می دهند، که در ابعاد نانویی و در مقیاس های طولی نانویی، مدام پیچیده تر و ریزتر می شوند[۱۹۷]. مدارهای یکپارچه الکترونیکی[۱۹۸] که تا کنون بر سطوحی افقی از ویفرها طراحی می شدند[۱۹۹]، به سوی سه بعدی شدن و پیچیده تر شدن در حرکت اند[۲۰۰]. از هیجان انگیزترین حوزه ها در پیشرفت های علم نانو، فراتر رفتن از علم دوگانه دیجیتال )صفر و یک( است که توانایی انباشت اطلاعات را بی نهایت افزایش می دهد. یعنی به جای محدود بودن به تنها دو وضعیت )صفر و یک( در درون هر ترانزیستوری، پیشرفت های ابعاد نانویی و پیشرفت های مقیاس های طولی نانویی، گزینه های دیگری را هم )برای مثال دو یا سه یا چهار و دیگرگزینه ها(برای ما فراهم می کنند[۲۰۱]. چنین فرصتی شگفت انگیز، بمفهومی درهم شدن توانایی های دنیای دیجیتال و جهان آنالوگ را فراهم نموده، و نه تنها استفاده بهینه از وضعیت روشن و خاموش دیجیتالی[۲۰۲]، بلکه بهره مندی از امکانات فزون سازی برقی یا اساس تقویت دامنه برقی[۲۰۳] آنالوگ را هم تسهیل می کند[۲۰۴]. چنین توانایی ها و پیشرفت هایی برای تبدیل آنالوگ به دیجیتال و برعکس، در مدارهای یکپارچه الکترونیکی، حتی تا چند سال پیش قابل تصور هم نبود.
تصویر نموداری زیر، درهم شدن و نزدیک تر شدن توانایی های دو دنیای آنالوگ و دیجیتال را در دنیای نانو نشان می دهد.
در پایان و برای نوعی جمع بندی فصل ۴ کتاب “سفر به ریزها” اینکه، در آغاز این فصل در مورد جادادن ترانزیستورهایی بیشتر و ریزتر در مدارها نوشته شد، و همینطور به اهمیت قانون مور که چالش های بسیاری را پیش روی دانشمندان علم نانو قرار داده بود، اشاره داشتم[۲۰۵] . سپس به روش های علمی و ابزارهایی فنی که دانشمندان اختراع کردند تا توانایی هرچه کوچک تر و ریزتر کردن ترانزیستورها را عملی سازند، پرداختم. بخاطر داشته باشیم که با هرچه ریزتر کردن مواد در چنین فرآیندی، ما با وفور نسبی سطح به حجم که تغییراتی بنیادین در خواص مواد را به همراه دارد، روبرو می شویم. همچنین مطرح کردم که در چنین موادی با ساختارهایی نانویی که ما با وفور نسبی سطح در مقایسه با حجم[۲۰۶] برخورد می کنیم[۲۰۷]، نتیجتا با همان پدیده اندازه پذیری مواد نانویی[۲۰۸] نیز روبرو می شویم[۲۰۹] . تلاش من در این فصل بر آن بود که چگونگی قوانین و قواعد فیزیکی و شیمیایی را ، که در فرآیند ریزترسازی مدارهای یکپارچه الکترونیکی تغییر می پذیرند، نشان دهم.
البته بدین واقعیت هم پرداختم که چگونه دانشمندان نانو، چنین تغییراتی بنیادین را با خلاقیت و نوآفرینی مدیریت کرده اند. هرچه به دنیای ریزها نزدیک تر شده و می شویم، با پدیده هایی جدیدتر نیز روبرو می‌شویم. تنها با خلاقیت دانشمندان علم نانو و ابزارهای نوینی که فن آوران نانو ساخته اند، توانسته ایم چالش های نوین را مدیریت کنیم.
مسلماً در این مسیر سفر به ریزها در علم الکترونیک، به محدودیت های نوینی نیز برخورد خواهیم داشت، و حتماً هم نیازی بیشتر به کشفیات و اختراعاتی نوین توسط دانشمندان علم نانو خواهیم داشت[۲۱۰] تا به محدودیت ها، نه بعنوان مشکل و چالش بلکه، بعنوان فرصت و راه حل های فنی و علمی نوین، برای شکل دهی به پارادایمی نوین در صنعت کامپیوتر[۲۱۱] و همچنین بمثابه بینشی جدید در حوزه های متفاوت صنعت الکترونیک بنگریم.
وقت و روزگار خوش، دانا و توانا باشید.
——————————————————–
New product development
برای مقالات علمی من (منجمله این مقاله) به شکل پی دی اف و همچنین فایل های صوتی ، لطفا به کانال تلگرام “سرشت علم” من مراجعه فرمائید
همچنین می توانید به کانال لینکدین زیر مراجعه فرمائید
https://www.linkedin.com/in/raymond-rakhshani-16628a5/detail/recent-activity/shares/
با سپاس از دوست گرامی، جناب اسفندیار منفردزاده، که با مهر و دوستی آهنگ آغازین و پایانی “سفر به ریزها” را برای فایل های صوتی من ساختند.
“The Handbook of Nano Technology, Policy and Intellectual Property Law”, John C. Miller, et al, Hoboken New Jersey: John Wiley and Sons, 2005.
چاپ و انتشار این مقالات و فایل های صوتی بدون ذکر نام نویسنده (ر. رخشانی) و مرجع، و هرگونه استفاده برای مقاصد خصوصی و اهداف انتفاعی بدون گرفتن مجوز از نویسنده اکیدا غیر قانونی است.
Schwab, Klaus. The Fourth Industrial Revolution. Currency, 2017.
Moore’s law
Photo Lithography
Sattler, Klaus, D. 21st Century Nanoscience – A Handbook: Industrial Applications. CRC Press, 2020.
Datta, Supriyo. Lessons from Nanoelectronics: A New Perspective on Transport – Part B; Quantum Transport. World Scientific Publishing Company Ltd., 2017.
Mitroff, Ian, I. Technology Run Amok: Crisis Management in the Digital Age. Palgrave MacMillan, 2018.
Frankel, Felice, C. and Whitesides, George, M. No Small Matter: Science on the Nanoscale. Belknap Press of Harvard University, 2009.
Sanders, Wesley, C. Basic Principles of Nanotechnology. CRC Press, 2018.
Tigelaar, Howard. How Transistor Area Shrank by 1 Milion Fold. Springer, 2020.
Lindsay, Stuart. Introduction to Nanoscience. Oxford University Press, 2009.
Frankel, Felice, C. and Whitesides, George, M. No Small Matter: Science on the Nanoscale. Belknap Press of Harvard University, 2009.
Natelson, Douglas. Nanostructures and Nanotechnology. Cambridge University Press, 2015.
Hornyak, Gabor, L. and Dutta, Joydeep, and Tibbals, H. F. Introduction to Nanoscience. CRC Press, 2008.
Datta, Supriyo. Lessons from Nanoelectronics: A New Perspective on Transport. World Scientific Publishing Company Ltd., 2017.
Natelson, Douglas. Nanostructures and Nanotechnology. Cambridge University Press, 2015.
Clerc, Sylvain, and Di Gilio, Thierry, and Cathelin, Andreia. The Fourth Terminal: Benefits of Body-Biasing Techniques for FDSOI Circuits and Systems. Springer, 2020.
Lundstrom, Mark, S. Fundamentals of Nanotransistors (lessons from Nanoscience: A Lecture Notes Series Book 6.) World Scientific, 2017.
Kitten, Primrose. Atoms, Electrons, Structure and Bonding: The Workbook. Independently Published, 2017.
Channel
Sanders, Wesley, C. Basic Principles of Nanotechnology. CRC Press, 2018.
Source
Callister, William, D. and Rethwisch, David, G. Materials Science and Engineering. John Wiley & Sons, 2010.
Natelson, Douglas. Nanostructures and Nanotechnology. Cambridge University Press, 2015.
Wikipedia. History of Computing Hardware. https://en.wikipedia.org/wiki/history_of_computing_hardware. A well-written perspective on computing hardware over the ages.
Carroll, John, M. Transistor Circuits and Applications. Literary Licensing, LLC. 2013.
Kelly, Tracey. Computer Technology: From Punch Cards to Supercomputers (History of Inventions.) Brown Bear, 2019.
Frankel, Felice, C. and Whitesides, George, M. No Small Matter: Science on the Nanoscale. Belknap Press of Harvard University, 2009.
Raza, Hassan. Nanoelectronics Fundamentals: Materials, Devices and Systems (Nanoscience and Technology.) Springer, 2019.
Harrison, Paul. Quantum Wells, Wires and Dots: Theoretical and Computational Physics of Semiconductor Nanostructures. Wiley, 2016.
Schubert, Thomas, and Kim, Ernest. Fundamentals of Electronics Book 1: Electronic Devices and Circuit Applications. I K International Publishing House, 2017.
Native oxide
Sampaio de Alencar, Marcelo, and de Alencar, Raphael Tavares, and Rocha, Raissa Bezerra. Linear Electronics. River Publishers, 2020.
Sanders, Wesley, C. Basic principles of Nanotechnology. CRC Press, 2018.
Maccarald, Clara. The Invention of the Transistor (Engineering that Made America.) Momentum, 2017.
Zubry, Boris, M. Introduction to Nanotechnology. Independently Published, 2019.
Precise temperature
Specific humidity
Cui, Zheng. Nanofabrication: Principles, Capabilities and Limits. Springer, 2017.
Vikraman, Na. Textbook of Linear Integrated Circuits and Applications. Independently Published, 2020.
Lindsay, Stuart. Introduction to Nanoscience. Oxford University Press, 2009.
Complete and native oxide
Sattler, Klaus, D. 21st Century Nanoscience – A Handbook: Design Strategies for Synthesis and Fabrication. CRC Press, 2019.
Commensurability
Walker, J.S. Computer Time Travel: How to Build a Microprocessor from Transistors. Oldfangled Publishing, 2017.
Commensurability
Miniaturization
Inter-related
Interdependent
Horizontal dimensions
Integrated circuits
Vertical dimensions
Controlling gate electrode
Fiore, James. Operational Amplifiers & linear Integrated Circuits: Theory and Application. James M. Fiore Publishing, 2019.
Agarwal, Anant, and Lang, Jeffrey. Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits. Morgan Kaufman, 2005.
Nanoscale commensurability
لطفا به مقالات و فایل های صوتی ۱۵، ۱۶، ۱۷ و ۲۴ “سرشت علم” من در تلگرام رجوع و گوش کنید.
https://t.me/natureofscience
Hentschel, Klaus, and Hentschel, Ann, M. Photons: The History and Models of Light Quanta. Springer, 2018.
Spatial extent
Raza, Hassan. Nanoelectronics Fundamentals: Materials, Devices and Systems (Nanoscience and Technology.) Springer, 2019.
Volokitin, Aleksandr, I., and Persson, Bo, N. J. Electromagnetic Fluctuations at the Nanoscale: Theory and Applications. Springer, 2017.
Source
Drain
Gate electrode
Quantum tunneling
Jacak, Witold, A. Quantum Nano-Plasmonics. Cambridge University Press, 2020.
Haar, Ter, D. Problems in Quantum Mechanics: Third Edition. Dover Publications, 2014.
Scheer, Elke, et al. Molecular Electronics: An Introduction to Theory and Experiment (World Scientific Series in Nanoscience and Nanotechnology.) WSPC, 2017.
Materials science and engineering
Berg, John, C. Introduction to Interfaces and Colloids: The Bridge to Nanoscience. WSPC, 2009.
Dill, Ken, A. and Bromberg, Sarina. Molecular Driving Forces: Statistical Thermodynamics in Biology, Chemistry, Physics, and Nanoscience, 2nd Edition. Garland Science, 2010.
لطفا به مقاله و فایل صوتی شماره ۲۸ “سرشت علم” من در تلگرام رجوع و گوش کنید.
https://t.me/natureofscience
Voigtlaender, Bert. Atomic Force Microscopy (Nanoscience and Technology.) Springer, 2019.
Trimbakrao, Suresh. Nanomaterial Synthesis, Characterization and its Applications: A Scientific Approach. LAP Lambert Academic Publishing, 2019.
Raza, Hassan. Nanoelectronics Fundamentals: Materials, Devices and Systems (Nanoscience and Technology.) Springer, 2019.
Borisenko, Victor, E. and Ossicini, Stefano. What is What in the Nanoworld: A Handbook of Nanoscience and Nanotechnology. Wiley-VCH, 2013.
Kolsrud, Arild. The Electromagnetic Frequency Spectrum of North America: Desk Reference for What Can be Found on the Airways. Independently Published, 2019.
No such pictorial resolution
لطفا به مقاله و فایل صوتی شماره ۵۶ “سرشت علم” من در کانال تلگرام رجوع و گوش کنید.
https://t.me/natureofscience
Transistor’s gate oxide
Valizadeh, Pouya. Field Effect Transistors, A Comprehensive Overview from Basic Concepts to Novel Technologies, Wiley, 2016.
More effectively
Scheer, Elke, et al. Molecular Electronics: An Introduction to Theory and Experiment (World Scientific Series in Nanoscience and Nanotechnology.) WSPC, 2017.
High K solution
Bohr, Mark, T. and Chau, Robert, S. and Ghani, Tahir, and Mistry, Kaizad. The High-K Solution: Microprocessors Coming out This Fall Are the Result of the First Big Redesign in CMOS Transistors since the Late 1960s. IEEE Spectrum 44, no. 10 (October 2007.) An account of a key recent advance in transistors that was needed to keep Moore’s Law advancing apace. Robert Chau of Intel is a world leader in the field.
Completely different material
Haar, Ter, D. Problems in Quantum Mechanics: Third Edition. Dover Publications, 2014.
Insulator
Strathern, Paul. Mendeleyev’s Dream: The Quest for the Elements. Pegasus Books, 2019.
Quantum tunneling
Kattan, Peter, I. Ratio of Surface Area to Volume in Nanotechnology and Nanoscience (Basic Nanomechanics Series.) Petra Books, 2011.
Modulation
Lundstrom, Mark, S. Fundamentals of Nanotransistors. WSPC, 2017.
عایق خازن یا ترا برق
High-K Dielectric
Dragoman, M. and Dragoman, D. Nanoelectronics: principles and Devices. Artech House Publishers, 2006.
Abermann, Stephen. High-K/ Metal-Gate Devices for Future CMOS Technology. VDM Verlag, 2008.
Strathern, Paul. Mendeleyev’s Dream: The Quest for the Elements. Pegasus Books, 2019.
Efros, Alexander, L. and Lockwood, D. J. and Tsybeskov, Leonid. Semiconductor Nanocrystals: From Basic Principles to Applications. Springer, 2013.
Insulation
Walker, J.S. Computer Time Travel: How to Build a Microprocessor from Transistors. Oldfangled Publishing, 2017.
Native oxide
Yost, Jeffrey, R. Making IT Work: A History of the Computer Services Industry (History of Computing.) The MIT Press, 2017.
Clean room
Donovan, R. P. Particle Control for Semiconductor Manufacturing. CRC Press, 1999.
Atherton, Linda, F. and Atherton, Robert, W. Wafer Fabrication: Factory Performance and Analysis. Springer, 1995.
Impurities
Kaariainen, Tommi, and Cameron, David, and Kaariainen, Marja-Leena, and Sherman, Arthur. Atomic layer Deposition: Principles, Characteristics, and Nanotechnology Applications. Wiley-Scrivener, 2013.
Atomic layer deposition
Dielectric
Periodic and alternating layers
Hafnium and Hafnium Oxide
Bachmann, Julien. Atomic layer Deposition in Energy Conversion Applications. Wiley-VCH, 2017.
Hafnium oxide
Hwang, Cheol Seong, and Hwang, Cheol. Atomic layer Deposition for Semiconductors. Springer, 2014.
Pinna, Nicola, and Knez, Mato. Atomic Layer Deposition of Nanostructured Materials. Wiley-VCH, 2012.
Berg, John, C. Introduction to Interfaces and Colloids: The Bridge to Nanoscience. WSPC, 2009.
Nimtz, Guenter, and Haibel, Astrid, and Walter, Ulrich. Zero Time Space: How Quantum Tunneling Broke the Light Speed Barrier. Wiley-VCH, 2008.
Magic numbers, 2, 10, 18, 36, 54, and 86
Sikkandar, Mohamed, and Rajamani, Geetha, and Kumar, Deepak. Fundamentals of Nanoscience.Noor Publishing, 2020.
Atomic scale control
برای توضیح رویکردهای بالا به پایین، و پایین به بالا در فن آوری نانو، به فصل نخست “سفر به ریزها” مراجعه فرمائید:
همچنین می توانید به کانال لینکدین زیر مراجعه فرمائید
https://www.linkedin.com/in/raymond-rakhshani-16628a5/detail/recent-activity/shares/
National Institute of Standards and Technology. Design and Operation of an Optically-Accessible Modular Reactor for Diagnostics of Thermal Atomic layer Deposition. Amazon.com services, LLC. 2020
Kumar, Roy Amit. Atomic layer Deposition onto Fibers. LAP Lambert Academic Publishing, 2013.
Sattler, Klaus, D. 21st Century Nanoscience – A Handbook: Exotic Nanostructures and Quantum Systems. CRC Press, 2020.
Klabunde, Kenneth, J. and Richards, Ryan, M. Nanoscale Materials in Chemistry. Wiley, 2009.
National Institute of Health. Atomic Layer Deposition Coating of Carbon Nanotubes. Amazon.com Services, LLC. 2020.
Moore’s law
Trimbakrao, Suresh. Nanomaterial Synthesis, Characterization and its Applications: A Scientific Approach. LAP Lambert Academic Publishing, 2019.
Lundstrom, Mark, S. Fundamentals of Nanotransistors. WSPC, 2017.
Tigelaar, Howard. How Transistor Area Shrank by 1 Milion Fold. Springer, 2020.
Halpern, Paul. Synchronicity: The Epic Quest to Understand the Quantum Nature of Cause and Effect. Basic Books, 2020.
Lunt, Barry. Marvels of Modern Electronics: A Survey (Dover Books on Science.) Dover Publications, 2013.
Cavalli-Sforza, Luigi Luca. Genes, Peoples, and Languages. Los Angeles, University of California Press, 2000.
Becoming bipedal
اغلب آغازِ اندیشه ورزیِ آدمی با آغازِ ابزارسازی (دست ورزی) وی عجین بوده است. علمِ مدرن ثابت کرده است که انسان موجودی ابزارساز است و که آغازِ اندیشه ورزی در ابزارسازی شکل گرفته است، و اینکه در زبان و یا در واژه شکل نگرفته است. علمِ مدرن ثابت کرده است که ایده‌ها و پندارها، در تلاش برای ساختِ ابزار، اغلب از سطحی ناآگاه و گویی در الهام و در وحی ای متکی بر تجربه ی بقا و بهبود سرچشمه گرفته است. سپس آدمی واژگان و کلماتی را برایِ بیانِ آنها ساخته است. علمِ مدرن ثابت کرده است که ایده و پندار، اغلب در روندِ ابزارسازیِ آدمی شکل می گیرد و واژگان به دنبال آنها پدید می آیند.
علمِ مدرن ثابت کرده است که جهانِ طبیعی در سرشت خود چند بعدی و واژه در طبیعت خود اغلب تک بعدی است. هنگامیکه برای پدیده ای طبیعی واژه ای می‌‌سازیم، آن واژه نیاز به تعریف و تفسیر دارد.
Harre, R. Great Scientific Experiments. New York: Oxford University Press, 1987.
Simulation
Software programming
Science
Knowledge not Science. Data Science is also a misnomer as it is really the use of Hardware Platforms for Software programming to do Data Analysis.
Analytical methods and virtual tools
Sciences
Stone Age
Iron Age
Stone age, Iron age, and Telecommunication age
Telecommunications Age
Abbate, J. Inventing the Internet. Cambridge, MA: MIT Press, 1999.
Off state
Gate electrodes
Atomic layer deposition
Jacak, Witold, A. Quantum Nano-Plasmonics. Cambridge University Press, 2020.
Hohenester, Ulrich. Nano and quantum Optics: An Introduction to Basic Principles and Theory. Springer, 2020.
Tigelaar, Howard. How Transistor Area Shrank by 1 Milion Fold. Springer, 2020.
Materials engineering
Integrated circuits
Perry, Tekla S. Gordon Moore’s Next Act. IEEE Spectrum 45, no. 5, 2008.
Carbon nanotubes
Purify
Andre Geim
Konstantin Novoselov
The Nobel Prize in Physics 2010. https://nobelprize.org/nobel_prize/physics/laureates/2010/ #. See in particular “Popular Information” and “Advanced Information.”
Purification
Different forms of rolling
Atkins, Peter, and de Paula, Julio, and Friedman, Ron. Quanta, Matter and Change: A Molecular Approach to Physical Chemistry. W. H. Freeman, 2008.
Production process reliability
Common and uniform properties
Vollath, Dieter. Nanomaterials: An Introduction to Sysntrhesis, properties and applications. Wiley – VCH, 2013.
DNA
Contera, Sonia. Nano Comes to Life: How Nanotechnology is Transforming Medicine and the Future of Biology. Princeton University Press, 2019.
Seeman, Nadrian, C. Structural DNA Nanotechnology. Cambridge University Press, 2016.
Specific Sequence of DNA
Douglas, Kenneth. DNA Nanoscience: From Prebiotic Origins to Emerging Nanotechnology. CRC Press, 2017.
Separation and classification
Scheer, Elke, et al. Molecular Electronics: An Introduction to Theory and Experiment (World Scientific Series in Nanoscience and Nanotechnology.) WSPC, 2017.
Seeman, Nadrian, C. Structural DNA Nanotechnology. Cambridge University Press, 2016.
Customized and customer-centered
Zuccheri, Giampaolo. DNA Nanotechnology: Methods and Protocol (Methods in Molecular Biology.) Humana Press, 2018.
DNA Beyond Genes: from Data Storage and Computing to Nanobots, Nanomedicine, and Nanoelectronics. Springer, 2020.
Building blocks
Customer-based
Unique to customer specifications
Nath, Vijay, and Mandal, Jyotsna Kumar. Proceedings of the Third International Conference on Microelectronics, Computing and Communication Systems: MCCS 2018. Springer, 2019.
Mass customization of the integrated circuits
Heat density
Heat conduction
Efros, Alexander, L. and Lockwood, D. J. and Tsybeskov, Leonid. Semiconductor Nanocrystals: From Basic Principles to Applications. Springer, 2013.
Sharma, Rohit. Characterization and Modeling of Digital Circuits: Second Edition. Independently Published, 2018.
Vollath, Dieter. Nanomaterials: An Introduction to Synthesis, properties and applications. Wiley –VCH, 2013.
Radojcic, Riko. More-Than-Moore 2.5D and 3D SiP Integration. Springer, 2017.
Sharma, Rohit. Design of 3D Integrated Circuit and Systems. CRC Press, 2020.
New digital world
Puers, Robert, and Baldi, Livio, and Van de Voorde, Marcel, and Van Nooten, Sebastiaan, E. Nanoelectronics: Materials, Devices, Applications, 2 Volumes. Wiley – VCH, 2017.
Yazdani, Farhang. Foundations of Heterogeneous Integration: An Industry-Based 2.5D/ 3D Pathfinding and Co-Design Approach. Springer, 2018.
Wang, Ran, and Chakarbarty, Krishnendu. Testing of Interposer-based 2.5D Integrated Circuits. Springer, 2017.
Pavlidis, Vasilis, F. and Savidis, Ioannis, and Friedmann, Eby, G. Three-Dimensional Integrated Circuit Design. Morgan Kaufman, 2017.
Hoefflinger, Bernd. CHIPS 2020 VOL. 2: New Vistas in Nanoelectronics (The Frontiers Collection.) Springer, 2015.
Digital On or Off
Analog Amplification
Baschirotto, Andrea, and Harpe, Pieter, and Makinwa, Kofi, A. A. Next-Generation ADCs, High-Performance Power Management, and Technology Considerations for Advanced Integrated Circuits: Advances in Analog Circuit Design 2019. Springer 2019.
Jacak, Witold, A. Quantum Nano-Plasmonics. Cambridge University Press, 2020.
Kolasinski, Kurt, W. Surface Science: Foundations of Catalysis and Nanoscience. Wiley, 2020.
Kattan, Peter, I. Ratio of Surface Area to Volume in Nanotechnology and Nanoscience (Basic Nanomechanics Series.) Petra Books, 2011.
Commensurability of nanomaterials
Campbell, Steven, A. Fabrication Engineering at the Micro – and Nanoscale (The Oxford Series in Electrical and Computer Engineering) Oxford University Press, 2012.
Weihua, Han, and Wang, Zhiming, M. Toward Quantum FinFET. Springer, 2013.
A new paradigm in computer industry