Sərbəst İş Fənn : Nanotexnologiya Müəllim

Sərbəst İş
Fənn : Nanotexnologiya
Müəllim: Muradov Mahal Dosent
Fakultə : Kimya və Biologiya
İxtisas: Biologiyan tədrisi və metodikası
Qrup : 356 A

Mündəricat :
Mikroelektronikanın inkişafında nanotexnologiyanın rolu 3
SETM və AGSEM aparatlarının istifadə edilməsi nanoquruluşların sintezi 6
Fermentlər 9
Elm və texnikada nanohissəciklər 12
Atom-güc mikroskopu 15

Mikroelektronikanın inkişafında nanotexnologiyanın rolu

Ilk dəfə “nanotexnologiya” termini yapon alimi Norio Taniquçi tərəfindən 1974-cü ildə işlədilmişdir. Əvvəlcə “nanotexnologiya” termini dar mənada işlədilmiş, ifrat nazik aşılandırma, nazik təbəqələrin çəkilməsi, yüksək enerjili elektron, foton və ion dəstələrindən istifadə etməklə səthin dəqiq emal edilməsini nəzərdə tuturdu. Hazırda “nanotexnologiya” termini çox geniş anlamda istifadə edilir: bir neçə nanometr miqyasında ifrat yüksək dəqiqliklə əməliyyatlar həyata keçirən texnoloji prosesləri və sistemləri əhatə edir. Nanotexnologiya atom səviyyəsində manipulyasiyalar həyata keçirməyə imkan verir. Artıq maddə ilə “mikro”dan “nano”ya manipulyasiyalardan ayri–ayrı atomlarla manipulyasiyalara keçiddir, və bu keçid sadəcə kəmiyyətcə yox, keyfiyyətə görə keçiddir.

Nanotexnologiya – nanoölçülü (1÷100 nm) materiallar, cihazlar və sistemlər yaratmağa imkan verən proseslərin toplusudur; bu cihazların işi ilk növbədə nanoquruluşla təyin edilir.
1959-cu ildə Nobel mükafatı laureatı Riçard Feynman belə bir mühazirə oxumuşdur: “Orada, aşağıda kifayət qədər çoxlu yer var”. Bu mühazirədə o atom və molekul səviyyəsində material və cihazların alınması üçün imkanların olduğunu və nəticədə elmi-texniki tərəqqi üçün fantastik perspektivlər açılacağını söyləmişdir. Bu çıxışı nanotexnologiya erasının başlanğıcı hesab etmək olar.

Nanotexnologiya:

– bir və ya bir neçə istiqamətdə (1÷100) nm miqyasında baş verən prosesləri öyrənən və idarə edə bilən bir elm sahəsidir; bu miqyasda ölçü effektləri baş verir ki bu da yeni tətbiq imkanları yaradır;

– nanometrik miqyasda obyektlərin və materialların xassələrindən istifadə edir; bu xasssələr sərbəst atom və molekulların xassələrindən, həmçinin həmin atom və molekullardan təşkil olunmuş həcmi maddələrin xassələrindən fərqlənir. Belə fərqlənmə yeni, mükəmməl materiallar və onların əsasında yeni materiallar, cihazlar və sistemlər yaratmağa imkan verir.
Nanotexnologiyalar xarakteristikaları mövcud mikro və makro ölçülü materiallar və qurğulara nisbətən çox üstün olan, prinsip etibarilə yeni olan materiallar və qurğular yaratmağa imkan verir.
Son onilliklərdə nanotexnologiyalara qarşı sürətlə artan marağı bir neçə səbəblə izah etmək olar:
– bu texnologiya vasitəsilə indiki qurğu və materialların mövcud səviyyəsini keçə bilən, prinsipial olaraq yeni qurğu və materialların alınması imkanlarıdır. Bu isə elm və texnikanın müxtəlif sahələrini inkişaf etdirmək üçün ən önəmli vasitələrdən biridir. Bu inkişafı həm elektronika, həm tibb, həm də digər sahələrə aid etmək olar.Nanotexnologiyaların inkişafı bir çox elm və texnika sahələri üçün çox böyük perspektivlər vəd edir.
– nanotexnologiya müxtəlif sahələri özündə birləşdirən bir elmdir, çünki fizika, kimya, materialşünaslıq, biologiya, səhiyyə, kompüter texnikası və s. sahələr üzrə bilikləri və texnikanı birləşdirir. Bununla da nanotexnologiyalar həm bu sahələr üzrə, həm də ümumiyyətlə yeni istiqamətlərin, məsələn, kvant kompüterlərinin, spin elektronikasının və s. yaranmasına səbəb olmuşdur. Nanotexnologiyalar müxtəlif sahələr üzrə mütəxəssislərin: fiziklərin, kimyaçıların, materialşünasların, müxtəlif sahələr üzrə mühəndislərin, bioloqların, fizioloqların və s. mütəxəssislərin apardıqları tədqiqatlar nəticəsində inkişaf edir.
– nanotexnologiyaların inkişafı materiya haqqında mövcud biliklərin həm fundamental, həm də tətbiqi baxımından mükəmməl olmadığını üzə çıxarmışdır ki, bu da alimlərin və mühəndislərin diqqətini bu problemlərin həllinə yönəltmişdir.
Nanoquruluşlar müasir mikroelektronikanın əsasını təşkil edən mikroquruluşlardan kəskin fərqlənir. Baxmayaraq ki, mikroquruluşlar da kifayət qədər kiçikdirlər, lakin onları bilavasitə izləmək və xassələrini öyrənmək üçün klassik fizika qanunlarından istifadə edilir. Lakin nanoqurulusların xarakteristikaları, xüsusən elektrik və maqnit xassələri kvant fizikasının qanunlarına tabe olur. Nanoquruluşlar və onlar əsasında qurğular elektron hesablama vasitələrinin əsasını təşkil edə bilər. Nanoquruluşların kiçik ölçüləri onları çox sıx yığmağa imkan verir ki, bu da vahid həcmin məlumat tutumunu kifayət qədər artırmaq deməkdir. Ekspertlərin fikrincə sənayenin məhsuldarlığının, istehsal olunan məhsulların effektivliyinin artması nanohissəciklərlə modifikasiya nəticəsində mövcud materialların və məmulatların keyfiyyətinin yüksəlməsi ilə bağlıdır. Belə modifikasiya zamanı nanohissəciklər materialın həcminə daxil edilir və yaxud təbəqə şəklində səthinə çəkilir. Hazırda bu məqsədlə metal, keramika, silisium, karbon, polimer və digər materialların nanohissəcikləri– nanoovuntularistehsal olunur.
Nanotexnologiyalar bir neçə əsas istiqamət üzrə inkişaf edir. Bunlara nanobiotexnologiyalar, nanoelektronika, nanoelektromexanika, nanoenergetika, nano materialşünaslıq və s. aiddir. Nanotexnologiyalar faydali qazıntıların istehsalında, o cümlədən neft–qaz çıxarılmasında; maşınqayırmada, tribotexnikada, inşaat materiallarının istehsalında, tekstil sənayesində və s. sahələrdə geniş tətbiq edilir.
Elektronikada nanotexnologiyaların ən prioritet istiqamətlərinə aşağıdakıları göstərmək olar:
– ayrı–ayrı atomlardan yığmaqla yani materialların yaradılması;
– nanometr ölçülü elementlərdən ibarət inteqral sxemlərin və mikroprosessorlərin yaradılması;
– yeni nəsil yaddaş qurğularının yaradılması;
– kompüterlərin cəldliyinin artırılması;
– effektiv Günəş batareyalarının yaradılması

Nanotexnologiyalar yeni növ tranzistorlar və funksional elektron qurğuları yaratmağa imkan verir. Misal olaraq birelektronlu tranzistorları göstərmək olar. Bu növ tranzistorlarda əsas effekt elektronların tranzistordan bir–bir keçməsi və bu prosesin idarəedici elektrodun potensialı vasitəsilə idarə olunmasıdır. Digər növ Aharon Bohmtranzistorlarında elektronların dalğa xassələrindən istifadə edilir. Bu tranzistorlarda elektronların dalğa funksiyalarının interferensiyası baş verir. Bu isə çıxışda elektron selinin modulyasiyasına səbəb olur. Onların əsas üstünlüklərindən biri terahers diapazona qədər yüksək cəldliyidir. Lakin, bu növ tranzistorların hazırlandığı materialın bircinsliyi üzərinə çox yüksək tələblər qoyulur. Üçüncü növ nanotranzistor nanonaqil əsasında formalaşdırılmış sahə tranzistorudur. Belə tranzistorda idarəedici sahənin təsirilə cərəyan keçən nanonaqildə keçiriciliyin modulyasiyası baş verir.

Si əsasında tranzistorların elementlərinin ölçüsünü(10÷11)- nm–ə qədər azaltmaq mümkün olmuşdur. Daha kiçik ölçülərdə Si kanalda elektronların hərəkətinə nəzarət etmək çətinləşir. Nanoelektronikanın ən perspektiv materiallarından olan qrafenin kəşfi ölçüləri daha da azaltmaq üçün unikal imkanlar yaratdı. IBM şirkətinin bir karbon nanoborusundan hazırladığı tranzistorun uzunluğu9 nm, məhsuldarlığı isə həmin ölçülü başqa tranzistorlardan yüksəkdir.
Kaliforniya universitetində Y–şəkilli karbon nanoborudan ibarət tranzistor hazırlanmışdır. Bu tranzistor özünü adi tranzistor kimi aparır: “ayaqlardan” birinə tətbiq edilən potensial ilə digər iki “ayaq” arasında axan cərəyan idarə olunur. Bu zaman nanoborulu tranzistorun volt–amper xarakteristikası (VAX) ideal şəkildə olur: cərəyan ya axır, ya da sıfra bərabərdir.
Hazırda alimlər T–şəkilli və X–şəkilli nanoborulu tranzistorlar üzərində çalışırlar. Belə tranzistorlar yaxın gələcəkdə elektronikanın bir sıra məsələlərinin həllində əhəmiyyətli rol oynamalıdır.