Уважаемые читатели!

На прошлой неделе мы увидели, как много содержится в слове «наноэлектроника». Эта отрасль нанотехнологий, пожалуй, развивается быстрее всего. Также вы узнаете о новых стратегиях развития нанотехнологий в мире и в России в частности. Крупные инвесторы и правительства уже осознали, что нанотехнологии- это в первую очередь деньги, после чего начинается развитие, а возвращение прибыли предполагается еще нескоро.

Однако современная наноэлектроника показывает, что дорога от потраченных денег к заработанным существенно сократилась за последнее время. Поэтому есть все шансы для остальных отраслей, которые развиваются параллельно наноэлектронике.

Итак, мы начинаем обзор недели с 11 по 17 февраля 2008 года!

Материаловедение

Наноструны CuO

Наночастицы, упорядоченные в виде цепей, колец или трехмерных сверхрешеток, обладают уникальными физическими свойствами и считаются перспективными материалами для создания плазмонных волноводов для фотонных устройств, химических и биологических сенсоров.

Физические свойства упорядоченных наночастиц в значительной степени определяются размером наночастиц, их формой и расстоянием между отдельными частицами. Существует целый ряд методов, позволяющих варьировать морфологию наночастиц и, следовательно, изменять физические свойства материалов на их основе.

Немецким ученым удалось синтезировать цепи наночастиц меди , инкапсулированные в нанотрубки оксида алюминия. На первом этапе синтезировали упорядоченные нанопроволоки CuO путем отжига при 475ºС на воздухе подложки из металлической меди. Далее методом ALD (по-атомное осаждение слоев) на нанопроволоки CuO осаждали оксид алюминия. Затем нанопроволоки CuO, покрытые оксидом алюминия, подвергали восстановленному отжигу при 400–600ºС в токе водорода для превращения оксида меди в металлическую медь (оксид алюминия химически инертен по отношению к водороду при данных условиях). Варьирование температуры восстановительного отжига позволяет изменять размер наночастиц меди, инкапсулированных в нанотрубки оксида алюминия, и расстояние между наночастицами.

Ученые Исследовательской лаборатории Военно-морских сил США разработали потенциально недорогой и эффективный метод для получения больших количеств УНТ различной формы. Им удалось изготовить УНТ с высоким процентом выхода методом твердотельного синтеза.

УНТ формируются в углеродистом твердом массиве при термическом разложении (при температуре около 500°C) расплавленного прекурсора, состоящего или из органометаллического соединения, или из металлических солей в присутствии избыточного количества некоторых ароматических соединений (любые коммерческие пластмассы, включая полиимиды, эпоксидные смолы и различные бутуминозные вещества, обладающие хорошими тепловыми свойствами).

Нанопора с покрытием

Твердотельный синтез позволяет получать многостенные нанотрубки в больших количествах в виде твердых массивов, пленок и волокон, используя прекурсоры и оборудование более низкой стоимости, таким образом снижая экономические барьеры, присущие углеродным нанотрубным материалам, синтезируемым традиционным методом химического осаждения из паровой фазы (CVD).

Как выяснили ученые из Австрии, проблемы очистки воды и восстановления кожи могут быть решены с помощью пористых наномембран Ni₃Al. Нанотехнологии уже представляли различные типы наномембран, но пока они достаточно сложны в массовом производстве.

Однако традиционные Ni-наномембраны легко получить, но они токсичны, поэтому ученые из Технического Университета Брауншвейга разработали способ их покрытия биологически совместимыми материалами с помощью лазерной обработки.

С помощью высокоэнергетической лазерной обработки с последующим нанесением титана или алмазоподобного углерода ученые добились формирования защитного слоя на порах наномембраны шириной 200 нанометров и глубиной около 250 микрон! Дальнейшим шагом ученых будет проверка наномембраны на биологическую совместимость.

Нанобиотехнологии

Наступление нанотехнологий привело к тому, что наночастицы теперь присутствуют в косметике, лекарствах, одежде и даже пищевых продуктах, откуда без труда способны проникать в организм человека. Несмотря на то, что в определенных областях они, бесспорно, полезны, наночастицы могут нанести серьезный вред здоровью.

Исследования в этой области привели к тому, что многие авторитетные неправительственные организации, мнению которых потребитель доверяет из-за более жестких стандартов качества, вводят жесткие ограничительные меры на продукцию, содержащую наночастицы . Одна из них – британская Soil Association (SA), занимающаяся сертификацией органических продуктов.

Так, 15 января SA объявила, что искусственно созданные наночастицы могут представлять опасность для здоровья человека, поэтому содержащие их продукты впредь не смогут получать сертификат Ассоциации. Это относится в первую очередь к санитарно-гигиеническим и косметическим средствам (солнцезащитной косметике, кремам от морщин), но также касается пищевых продуктов и одежды.

Под «запрет» попали материалы, содержащие частицы размером менее 125 нанометров, а также если средний размер их частиц составляет менее 200 нанометров.

Корейский ученый Ким опубликовал в одном из номеров «Журнала американского химического общества» в конце 2007 года статью под названием «Интерфейс между кремниевыми нанопроволоками и клетками млекопитающих» . Речь идет об изготовлении чипа, поверхность которого, подобно щетке для волос, утыкана вертикально торчащими кремниевыми штырями высотой 6000 и диаметром 90 нанометров.

При запускании на такой кремниевый газон эмбриональных стволовых клеток мышей нанопроволоки протыкают нежную цитоплазму клеток, в течение какого-то часа фиксируя – иммобилизуя – их на поверхности чипа. При этом жизнеспособность клеток увеличивается с уменьшением диаметра нанопроволок – от 400 до 30 нм. Однако диаметр 30 нм оказывается слишком маленьким, поскольку клетки попросту ломают столь тонкие штыри.

Однако клетки можно обездвиживать, не протыкая их насквозь, а используя явление клеточной адгезии (прилипания) к поверхности. С этой целью был создан кремниевый прямоугольник размерами 25х66 мм с рабочей поверхностью 19х51 мм, на поверхности которого вытравили 78 тыс. столбцов высотой 100 микрон (мкм) и таким же диаметром. Поверхность микростолбцов была покрыта моноклональными антителами (МАТ), стимулирующими адгезию эпителиальных клеток. С помощью такого чипа удалось выловить редкие эпителиальные клетки из обычного анализа крови – одна на миллиард клеток крови, – который берут у всех, попавших, к примеру, в больницу.

Наноэлектроника

Массив кантилеверов

Устройствами из отдельных нанопроводов уже никого не удивишь. Например, известно, что резонаторы из таких проводов способны детектировать массу очень малых объектов. Однако изготовить из них полноценный чип, состоящий из множества наноустройств, не так-то просто.

Исследователи из Pennsylvania State University смогли разработать методику, позволяющую собрать упорядоченный массив из 2000 нанопроволочных резонаторов . Сборка осуществляется «снизу вверх» и не имеет принципиальных ограничений на количество элементов.

Сначала были синтезированы нанопровода из кремния и родия. Первые были выращены методом CVD, а вторые – электрохимически с использованием шаблона из анодированного оксида алюминия.

Потом из проводов были изготовлены резонаторы по схеме, приведенной на верхнем рисунке. Металлические электроды, расположенные на подложке, были покрыты слоем фоторезиста. В фоторезисте над электродами были проделаны ямки для нанопроводов. При подаче переменного килогерцового напряжения провода поляризовались и укладывались в ямки. Далее при помощи маски один конец каждого провода вмуровывался в золото. После отмывания всех слоев фоторезиста получился массив кантилеверов. Таким способом удалось около 80% нанопроводов превратить в резонаторы.

Компания NEC сообщила об успешной разработке транзисторов на базе углеродных нанотрубок , получаемых при помощи технологий струйной печати. Сообщается, что создаваемые компоненты выгодно отличаются от создаваемых до сих пор на базе кремнийорганических материалов печатных полупроводников характеристиками производительности, и разница эта приблизительно в 100 раз.

Кроме того, свойства CNT-транзисторов можно задавать, изменяя длину и плотность нанотрубок, и соответствующая технология также была разработана. Ожидается, что это изобретение в перспективе позволит существенно расширить диапазон приложений, в которых может использоваться «напечатанная» электроника.

Ученые из Технического Университета Джорджии смогли сконструировать новый тип наногенератора , состоящий из полимера с «запутанными» парами нанонитей-электродов. Вполне возможно, что эта разработка ляжет в основу «силовой одежды», заряжающей небольшие электроустройства за чет физической деформации ткани-генератора.

Наногенератор на кевларовой пленке

Более того, в дальнейшем наногенератор можно будет внедрить непосредственно внутрь ткани в несколько слоев, увеличив, таким образом, выход энергии. А жгуты и подобные им структуры с большим содержанием наногенераторных нитей смогут работать в качестве эффективных ветроэлектрогенераторов.

В качестве связывающего материала в наноткани, показанной Вонгом сейчас, выступает кевларовое волокно от компании DuPont. Причем нанонити ZnO располагаются внутри кевлара структурами, похожими на бутылочные ершики, формирующиеся парами нанонитей. А пары прикреплены к золотым электродам, с которых производился съем электроэнергии.

Высокая плотность упаковки нанонитей в составе кевларовой пленки позволила добиться максимального выхода электроэнергии. В тестовой пленке с толщиной в несколько микрон число нанонитей составило около 200. Кусок наноткани размером 1 м2 теоретически может обеспечить около 80 милливатт энергии.

Нитридная технология в оптоэлектронике близка к тому, чтобы занять место, аналогичное кремнию в схемах вычислительной техники. К тому же нитридные светодиоды становятся альтернативой ламп накаливания и люминесцентых ламп при значительной экономии электроэнергии.

Однако у нитридной оптоэлектроники остается одна – но гигантская! — проблема. И называется она – родная (GaN!) подложка. Не будет преувеличением сказать, что нобелевский успех арсенид-галлиевой оптоэлектроники не в последнюю очередь связан с тем, что существовал «объёмный» арсенид галлия. Родная нитрид-галлиевая подложка – столь же несбыточная (пока) мечта нитридной технологии, как в свое время голубая мечта лазерщиков.

Прочитать подробнее о нитридной электронике можно в статье на нашем сайте: По нитридной дороге к свету

Бизнес

Спрос на полупроводниковые чипы (особенно на запоминающие устройства) значительно вырос и продолжает расти в связи с интересом потребителей к мобильным устройствам разного типа. Компании расширяют свое производство. Совсем недавно стало известно о крупных инвестициях компании Intel в строительство новых и обновление существующих фабрик.

И вот Toshiba Corp. совместно с калифорнийской Sandisk Corp. для производства запоминающих устройств типа NAND-флэш будет строить новую полупроводниковую фабрику в Kitakami , где уже существует фабрика по выпуску логических схем. Это будет уже пятая полупроводнмковая фабрика Toshiba в Японии.

Инвестиции в строительство составят 6,6 млрд. долл., и часть стоимости нового оборудования внесет Sandisk. Дуэт Toshiba-Sandisk сообщили о совместной разработке 16 Гб NAND с топологическим размером 56 нм, к массовому производству которого компании приступят с марта месяца с.г. В планах – к сентябрю 2008 перевести разработку на 43-нм технологию.

Китайская полупроводниковая промышленность работает стабильно, непрерывно повышая производительнось и доходность. По оценкам, государственный доход от полупроводниковой промышленности Китая составит в 2008 г. 23.9 млрд. долл. , увеличившись в сравнении с 2007 г. на 31%, причем 7,5 млрд. долл. из этой суммы поступят от компаний, основанных в Шанхае. Шанхайские компании перекрывают весь диапазон полупроводникового производства – дизайн и изготовление интегральных схем (ИС), испытания, сборка, производство соответствующего оборудования и материалов.

По оценкам, шанхайская полупроводниковая промышленность принесет доход 556 млн. долл. от дизайнерских разработок, 2,64 млрд. долл. от изготовления ИС, 3,75 млрд. долл. от работ по сборке и испытанию ИС и 550 млн. долл. от производства материалов и оборудования. Работы по сборке и испытанию принесут половину от планируемого шанхайского дохода 2008 г., таким образом показывая, что т.н. «отверточные» технологии остаются все еще важной составляющей китайской полупроводниковой промышленности (к слову, вспомним, что именно с этого начинали Япония и Ю.Корея).

В 2006 г. на производстве полупроводниковых чипов в Китае было занято 200 тыс. человек, из них на Шанхайских фабриках – 60 тыс. (для сравнения, во всем мире в этой области заняты 2,2 млн. чел.). Подробный обзор по этой теме можно прочесть у нас на сайте: Китайская полупроводниковая промышленность неуклонно растет

14 февраля 2008 г. в Территориальном управлении РосОЭЗ по Московской области (г. Дубна) состоялось совещание с заместителем генерального директора государственной корпорации «Российская корпорация нанотехнологий» А.Б. Малышевым.

Андрей Малышев

Руководитель ТУ РосОЭЗ по Московской области А.А. Рац рассказал о ходе создания технико-внедренческой особой экономической зоны на территории г. Дубны (Московской области), о развитии нанотехнологического кластера в научно-производственном комплексе Дубны.

Во встрече приняли участие директор по медицинским программам ГК «Роснанотех» О.Ю. Шпичко, начальник Управления по технико-внедренческим зонам РосОЭЗ Г.А. Сарычев, начальник отдела координации и развития технико-внедренческих зон А.А. Миллер, вице-директор Объединенного института ядерных исследований М.Г. Иткис, генеральный директор ОАО «Управляющая компания «Дубна-Система» И.Ф. Ленский.

Участники совещания обсудили перспективы сотрудничества в создании инновационной инфраструктуры наноиндустрии на Правобережном участке особой экономической зоны. Представители ГК «Роснанотех» осмотрели строительную площадку на Левобережном участке ОЭЗ.

События

Донской государственный технический университет в Ростове-на-Дону планирует направить на создание факультета нанотехнологий 10 млн руб.

По словам проректора по информатизации вуза Александра Кужарова, на факультете планируется ввести 2 специальности – «наноматериалы» и «материаловедение». По каждой из специальностей предусматривается 25 учебных мест. «Планируется, что уже с сентября 2008 г. начнется набор студентов на новый факультет. Предполагаемый конкурс составит 3 человека на место», — сообщил Александр Кужаров.

Дмитрий Медведев

Первый вице-премьер правительства Дмитрий Медведев дал интервью в Красноярске . Он прибыл в Красноярск, чтобы принять участие в V Красноярском экономическом форуме. Выступая на форуме, Медведев представил экономическую программу развития страны на ближайшие 4—5 лет.

Во время своего выступления он сделал ряд важных заявлений:

«Государство избрало себе в качестве одного из приоритетов нанотехнологии, появились совокупные затраты в бюджете по направлению», — сказал Медведев. «Роснанотех тоже имеет свой объем финансирования — 130 миллиардов рублей. Эти деньги будут распределяться на конкурсных началах, но у предприятий Сибири – самые высокие шансы получить заказы в рамках этой работы», — заверил Дмитрий Медведев.

Министерство образования и науки РФ намеревается в 2008—2012 годах направить более 250 млрд. рублей на финансирование программы фундаментальных научных исследований . Часть из этих средств пойдет на развитие нанотехнологий.

«Министерством разработан и внесен в правительство РФ проект программы фундаментальных научных исследований на 2008—2012 годы. Запланированный объем финансирования программы на пять лет составляет более 250 миллиардов рублей. Но мы считаем, что этот объем может быть и должен быть увеличен», — заявил глава Минобрнауки Андрей Фурсенко на коллегии министерства.

Министр также отметил, что Минобрнауки в последние четыре года активно внедряет метод программного финансирования науки с привлечением внебюджетных средств со стороны бизнеса. По мнению министра, науке сегодня необходимо зарабатывать больше денег за счет реализации коммерческого продукта. Фурсенко также напомнил, что в 2007 году на развитие нанотехнологий было выделено более 5 миллиардов рублей.

Итак, наш пятый выпуск подошел к концу!

Напоминаем, что если у вас есть какие-либо замечания или пожелания насчет состава рубрик или того, что бы вы хотели видеть в следующих выпусках – пишите !

До встречи через неделю!

Составитель – Свидиненко Юрий