✖


Jump to content

Наноэлектромеханические системы

Часть серии статей о
Наноэлектроника
Одномолекулярная электроника
Твердотельная наноэлектроника
Связанные подходы
Порталы
икона Портал электроники
Снимок (после удаления металлизации и межсоединения IC) цифрового кристалла SiTime SiT8008, программируемого генератора, достигающего кварцевой точности с высокой надежностью и низкой g-чувствительностью. Наноразмерные транзисторы и наноразмерные механические компоненты (на отдельном кристалле) интегрированы в один и тот же корпус микросхемы. [ 1 ]

Наноэлектромеханические системы ( НЭМС ) представляют собой класс устройств, объединяющих электрические и механические функции на наноуровне . NEMS представляют собой следующий логический шаг миниатюризации так называемых микроэлектромеханических систем или устройств MEMS. NEMS обычно объединяет транзистороподобную наноэлектронику с механическими приводами , насосами или двигателями и, таким образом, может формировать физические, биологические и химические датчики . Название происходит от типичных размеров устройства в нанометровом диапазоне, что приводит к малой массе, высоким механическим резонансным частотам, потенциально большим квантово-механическим эффектам, таким как движение нулевой точки , и высокому соотношению поверхности к объему, полезному для поверхностных сенсорных механизмов. [ 2 ] Приложения включают акселерометры и датчики для обнаружения химических веществ в воздухе.

История

[ редактировать ]

Фон

[ редактировать ]
Дополнительная информация: Нанотехнологии и история нанотехнологий.

Как заметил Ричард Фейнман в своем знаменитом выступлении в 1959 году « Внизу много места », существует множество потенциальных применений машин все меньшего и меньшего размера; создание и управление устройствами в меньших масштабах дает преимущества всем технологиям. Ожидаемые преимущества включают повышение эффективности и уменьшение размеров, снижение энергопотребления и снижение производственных затрат в электромеханических системах. [ 2 ]

Первые полевые транзисторы на основе диоксида кремния были созданы Фрошем и Дериком в 1957 году в Bell Labs. [ 3 ] В 1960 году Аталла и Канг из Bell Labs изготовили МОП-транзистор с оксида затвора толщиной 100 нм . [ 4 ] В 1962 году Аталла и Канг изготовили с нанослойным переходом базовый металл-полупроводник (переход M-S) транзистор , в котором использовались золота (Au) тонкие пленки толщиной 10 нм . [ 5 ] В 1987 году Бижан Давари возглавил исследовательскую группу IBM , которая продемонстрировала первый МОП-транзистор с толщиной оксида 10 нм. [ 6 ] Многозатворные МОП-транзисторы позволили масштабировать длину канала менее 20 нм , начиная с FinFET . [ 7 ] FinFET возник в результате исследования Дига Хисамото из Центральной исследовательской лаборатории Hitachi в 1989 году. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] В Калифорнийском университете в Беркли группа под руководством Хисамото и TSMC из Ченмина Ху в 1998 году изготовила устройства FinFET с длиной канала до 17   нм . [ 7 ]

НЭМС

[ редактировать ]

первое устройство NEMS сверхбольшой интеграции В 2000 году исследователи из IBM продемонстрировали (СБИС). Его предпосылкой был набор наконечников АСМ, которые могут нагревать/чувствовать деформируемую подложку, чтобы функционировать как запоминающее устройство ( память «Многоножка» ). [ 12 ] Дальнейшие устройства были описаны Стефаном де Хааном. [ 13 ] В 2007 году была принята Международная техническая дорожная карта по полупроводникам (ITRS). [ 14 ] содержит память NEMS в качестве новой записи в разделе «Новые исследовательские устройства».

Атомно-силовая микроскопия

[ редактировать ]

Ключевое применение NEMS — наконечники атомно-силовых микроскопов . Повышенная чувствительность, достигаемая с помощью NEMS, приводит к созданию меньших по размеру и более эффективных датчиков для обнаружения напряжений, вибраций, сил на атомном уровне и химических сигналов. [ 15 ] Советы АСМ и другие методы обнаружения на наноуровне во многом зависят от NEMS.

Подходы к миниатюризации

[ редактировать ]

Можно найти два взаимодополняющих подхода к изготовлению NEMS: подход «сверху вниз» и подход «снизу вверх».

подходе При нисходящем для изготовления устройств используются традиционные методы микропроизводства , т.е. оптическая , электронно-лучевая литография и термическая обработка. Будучи ограниченным разрешением этих методов, он позволяет в значительной степени контролировать получаемые структуры. Таким образом, такие устройства, как нанопроволоки , наностержни и узорчатые наноструктуры, изготавливаются из тонких металлических пленок или травленых полупроводниковых слоев. При подходе «сверху вниз» увеличение соотношения площади поверхности к объему повышает реакционную способность наноматериалов. [ 16 ]

Подходы «снизу вверх» , напротив, используют химические свойства одиночных молекул, чтобы заставить одномолекулярные компоненты самоорганизовываться или самособираться в некоторую полезную конформацию, или полагаются на позиционную сборку. Эти подходы используют концепции молекулярной самосборки и/или молекулярного распознавания . Это позволяет изготавливать гораздо меньшие конструкции, хотя часто за счет ограниченного контроля над процессом изготовления. Более того, хотя при подходе «сверху вниз» из исходной структуры удаляются остатки материалов, при подходе «снизу вверх» удаляется или тратится минимальное количество материала. [ 16 ]

Также может быть использована комбинация этих подходов, в которой наноразмерные молекулы интегрируются в нисходящую структуру. Одним из таких примеров является наномотор из углеродных нанотрубок . [ нужна ссылка ]

Материалы

[ редактировать ]

Аллотропы углерода

[ редактировать ]

Многие из обычно используемых материалов для технологии NEMS основаны на углероде , в частности на алмазе . [ 17 ] [ 18 ] углеродные нанотрубки и графен . В основном это связано с полезными свойствами материалов на основе углерода, которые непосредственно удовлетворяют потребности НЭМС. Механические свойства углерода (такие как большой модуль Юнга ) имеют основополагающее значение для стабильности NEMS, в то время как металлическая и полупроводниковая проводимость материалов на основе углерода позволяют им функционировать как транзисторы .

И графен, и алмаз обладают высоким модулем Юнга, низкой плотностью, низким трением, чрезвычайно низким механическим рассеянием. [ 17 ] и большая площадь поверхности. [ 19 ] [ 20 ] Низкое трение УНТ позволяет создавать подшипники практически без трения и, таким образом, послужило огромным стимулом для практического применения УНТ в качестве составных элементов в НЭМС, таких как наномоторы , переключатели и высокочастотные генераторы. [ 20 ] Углеродные нанотрубки и физическая прочность графена позволяют материалам на основе углерода выдерживать более высокие требования к нагрузкам, когда обычные материалы обычно выходят из строя, и, таким образом, дополнительно поддерживают их использование в качестве основных материалов в технологических разработках NEMS. [ 21 ]

Наряду с механическими преимуществами материалов на основе углерода, электрические свойства углеродных нанотрубок и графена позволяют использовать их во многих электрических компонентах НЭМС. Нанотранзисторы были разработаны для обеих углеродных нанотрубок. [ 22 ] а также графен. [ 23 ] Транзисторы являются одним из основных строительных блоков для всех электронных устройств, поэтому при эффективной разработке пригодных для использования транзисторов углеродные нанотрубки и графен имеют решающее значение для NEMS.

Наномеханические резонаторы часто изготавливаются из графена. Поскольку резонаторы NEMS уменьшаются в размерах, наблюдается общая тенденция к уменьшению добротности обратно пропорционально отношению площади поверхности к объему. [ 24 ] Однако, несмотря на эту проблему, экспериментально доказано, что добротность достигает 2400. [ 25 ] Добротность характеризует чистоту тона колебаний резонатора. Более того, теоретически было предсказано, что зажатие графеновых мембран со всех сторон приводит к увеличению показателей качества. Графеновые НЭМС также могут функционировать как масса, [ 26 ] сила, [ 27 ] и позиция [ 28 ] датчики.

Металлические углеродные нанотрубки

[ редактировать ]
Зонные структуры рассчитаны с использованием приближения сильной связи для (6,0) УНТ ( зигзагообразный , металлический), (10,2) УНТ (полупроводниковый) и (10,10) УНТ (кресельный, металлический).

Углеродные нанотрубки (УНТ) представляют собой аллотропы углерода с цилиндрической наноструктурой. Их можно считать свернутым графеном . При прокатке под определенными и дискретными (« хиральными ») углами комбинация угла прокатки и радиуса определяет, имеет ли нанотрубка запрещенную зону (полупроводниковая) или ее нет (металлическая).

Металлоуглеродные нанотрубки также были предложены для наноэлектронных межсоединений, поскольку они могут выдерживать высокие плотности тока. [ 21 ] Это полезное свойство, поскольку провода для передачи тока являются еще одним основным строительным блоком любой электрической системы. Углеродные нанотрубки нашли настолько широкое применение в NEMS, что уже были открыты методы соединения взвешенных углеродных нанотрубок с другими наноструктурами. [ 29 ] Это позволяет углеродным нанотрубкам образовывать сложные наноэлектрические системы. Поскольку продукты на основе углерода можно должным образом контролировать и они действуют как межсоединения, а также как транзисторы, они служат основным материалом в электрических компонентах NEMS.

Переключатели NEMS на базе CNT

[ редактировать ]

Основным недостатком переключателей MEMS по сравнению с переключателями NEMS являются ограниченные скорости переключения MEMS в микросекундном диапазоне, что снижает производительность высокоскоростных приложений. Ограничения на скорость переключения и напряжение срабатывания можно преодолеть за счет уменьшения масштаба устройств от микро до нанометров. [ 30 ] Сравнение параметров производительности NEMS-переключателей на основе углеродных нанотрубок (CNT) с их аналогом CMOS показало, что NEMS-переключатели на основе CNT сохраняют производительность при более низких уровнях энергопотребления и имеют подпороговой ток утечки на несколько порядков меньше, чем у CMOS-переключателей. . [ 31 ] NEMS на основе УНТ со структурами с двойным зажимом изучаются в качестве потенциальных решений для приложений энергонезависимой памяти с плавающим затвором. [ 32 ]

Трудности

[ редактировать ]

Несмотря на все полезные свойства углеродных нанотрубок и графена для технологии NEMS, оба этих продукта сталкиваются с рядом препятствий на пути их внедрения. Одной из главных проблем является реакция углерода на реальную среду обитания. Углеродные нанотрубки демонстрируют большие изменения электронных свойств под воздействием кислорода . [ 33 ] Аналогичным образом, перед их внедрением необходимо полностью изучить другие изменения в электронных и механических свойствах материалов на основе углерода, особенно из-за их большой площади поверхности, которая может легко реагировать с окружающей средой. Также было обнаружено, что углеродные нанотрубки имеют различную проводимость: они могут быть металлическими или полупроводниковыми в зависимости от их спиральности при обработке. [ 34 ] По этой причине во время обработки нанотрубки должны подвергаться специальной обработке, чтобы гарантировать, что все нанотрубки имеют соответствующую проводимость. Графен также обладает сложными свойствами электропроводности по сравнению с традиционными полупроводниками, поскольку у него отсутствует энергетическая запрещенная зона , что существенно меняет все правила движения электронов через устройство на основе графена. [ 23 ] Это означает, что традиционные конструкции электронных устройств, скорее всего, не будут работать, и для этих новых электронных устройств необходимо разработать совершенно новую архитектуру.

Наноэлектромеханический акселерометр

[ редактировать ]

Механические и электронные свойства графена сделали его подходящим для интеграции в акселерометры NEMS, например, в небольшие датчики и приводы для систем мониторинга сердца и мобильного захвата движения. Толщина графена на атомном уровне обеспечивает возможность масштабирования акселерометров от микро до наномасштаба, сохраняя при этом необходимые уровни чувствительности системы. [ 35 ]

Подвешивая кремниевую защитную массу на двухслойную графеновую ленту, можно создать наноразмерный пружинный и пьезорезистивный преобразователь с возможностями производимых в настоящее время преобразователей в акселерометрах. Пружинная масса обеспечивает большую точность, а пьезорезистивные свойства графена преобразуют деформацию ускорения в электрические сигналы для акселерометра. Подвешенная графеновая лента одновременно образует пружину и пьезорезистивный преобразователь, эффективно используя пространство и улучшая характеристики акселерометров NEMS. [ 36 ]

Полидиметилсилоксан (ПДМС)

[ редактировать ]

Неисправности, возникающие из-за высокой адгезии и трения, вызывают беспокойство во многих НЭМС. В NEMS часто используется кремний из-за хорошо изученных методов микрообработки; однако его внутренняя жесткость часто ограничивает возможности устройств с движущимися частями.

В исследовании, проведенном исследователями штата Огайо, сравнивались параметры адгезии и трения монокристаллического кремния со слоем собственного оксида и покрытием из ПДМС. ПДМС — это силиконовый эластомер, обладающий высокой механической настраиваемостью, химически инертный, термически стабильный, газопроницаемый, прозрачный, нефлуоресцентный, биосовместимый и нетоксичный. [ 37 ] Присущий полимерам модуль Юнга ПДМС может варьироваться более чем на два порядка за счет управления степенью сшивки полимерных цепей, что делает его жизнеспособным материалом в NEMS и биологических приложениях. PDMS может образовывать плотное соединение с кремнием и, таким образом, легко интегрироваться в технологию NEMS, оптимизируя как механические, так и электрические свойства. Полимеры, такие как ПДМС, начинают привлекать внимание в NEMS из-за их сравнительно недорогого, упрощенного и быстрого прототипирования и производства. [ 37 ]

Было охарактеризовано, что время отдыха напрямую коррелирует с силой сцепления. [ 38 ] и повышенная относительная влажность приводят к увеличению сил сцепления гидрофильных полимеров. Измерения угла смачивания и расчеты силы Лапласа подтверждают характеристику гидрофобной природы ПДМС, которая, как ожидается, соответствует его экспериментально подтвержденной независимости от относительной влажности. Силы сцепления ПДМС также не зависят от времени покоя, способны универсально работать в условиях различной относительной влажности и обладают более низким коэффициентом трения, чем у кремния. Покрытия из ПДМС облегчают решение проблем, связанных с высокой скоростью, например, предотвращение скольжения. Таким образом, трение на контактных поверхностях остается низким даже при достаточно высоких скоростях. Фактически, на микромасштабе трение уменьшается с увеличением скорости. Гидрофобность и низкий коэффициент трения ПДМС позволили использовать его в дальнейшем в экспериментах NEMS, которые проводятся при различной относительной влажности и высоких относительных скоростях скольжения. [ 39 ]

Диафрагма пьезорезистивных наноэлектромеханических систем с ПДМС-покрытием

[ редактировать ]

PDMS часто используется в технологии NEMS. Например, покрытие из ПДМС на диафрагме можно использовать для обнаружения паров хлороформа. [ 40 ]

Исследователи из Национального университета Сингапура изобрели диафрагму наноэлектромеханической системы, покрытую полидиметилсилоксаном (ПДМС), в которую встроены кремниевые нанопроволоки (SiNW), для обнаружения паров хлороформа при комнатной температуре. В присутствии паров хлороформа пленка ПДМС на микродиафрагме поглощает молекулы пара и, следовательно, увеличивается, что приводит к деформации микродиафрагмы. SiNW, имплантированные в микродиафрагму, соединены в мостик Уитстона , который преобразует деформацию в количественное выходное напряжение. Кроме того, микродиафрагменный датчик также демонстрирует недорогую обработку при низком энергопотреблении. Он обладает большим потенциалом масштабируемости, сверхкомпактностью и совместимостью с процессами КМОП - ИС . Переключив слой полимера, поглощающего пар, можно применить аналогичные методы, которые теоретически должны быть способны обнаруживать другие органические пары.

В дополнение к присущим ему свойствам, обсуждаемым в разделе «Материалы», ПДМС можно использовать для поглощения хлороформа, эффекты которого обычно связаны с набуханием и деформацией микродиафрагмы; В этом исследовании также измерялись различные органические пары. При хорошей стабильности к старению и соответствующей упаковке скорость разложения ПДМС в ответ на тепло, свет и радиацию можно замедлить. [ 41 ]

Биогибридный НЭМС

[ редактировать ]
Основная статья: Биологическая машина
Рибосома , — это биологическая машина которая использует динамику белков на наномасштабах.

Развивающаяся область биогибридных систем объединяет биологические и синтетические структурные элементы для биомедицинских или робототехнических приложений. Составляющие элементы бионаноэлектромеханических систем (БиоНЭМС) имеют наноразмерные размеры, например ДНК, белки или наноструктурированные механические части. Примеры включают легкое нисходящее наноструктурирование тиол-еновых полимеров для создания сшитых и механически прочных наноструктур, которые впоследствии функционализируются белками. [ 42 ]

Симуляторы

[ редактировать ]

Компьютерное моделирование уже давно стало важным дополнением экспериментальных исследований устройств NEMS. Благодаря механике сплошной среды и молекулярной динамике (МД) важное поведение устройств NEMS можно предсказать с помощью компьютерного моделирования перед началом экспериментов. [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] Кроме того, сочетание методов непрерывной обработки и МД позволяет инженерам эффективно анализировать стабильность устройств NEMS, не прибегая к использованию сверхтонких сеток и трудоемкому моделированию. [ 43 ] Моделирование имеет и другие преимущества: оно не требует времени и опыта, связанных с изготовлением устройств NEMS; они могут эффективно предсказывать взаимосвязанную роль различных электромеханических эффектов; параметрические исследования можно проводить довольно легко по сравнению с экспериментальными подходами. Например, вычислительные исследования предсказали распределение заряда и электромеханические реакции устройств NEMS. [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] Использование моделирования для прогнозирования механического и электрического поведения этих устройств может помочь оптимизировать параметры конструкции устройств NEMS.

Надежность и жизненный цикл NEMS

[ редактировать ]

Надежность и проблемы

[ редактировать ]

Надежность обеспечивает количественную оценку целостности и работоспособности компонента без сбоев в течение определенного срока службы продукта. Отказ устройств NEMS может быть вызван различными причинами, такими как механические, электрические, химические и термические факторы. Выявление механизмов отказа, повышение производительности, дефицит информации и проблемы воспроизводимости были определены как основные проблемы на пути достижения более высокого уровня надежности устройств NEMS. Такие проблемы возникают как на этапах производства (т. е. обработка пластин, упаковка, окончательная сборка), так и на постпроизводственных этапах (т. е. транспортировка, логистика, использование). [ 50 ]

Упаковка

[ редактировать ]

Проблемы с упаковкой часто составляют 75–95% общих затрат на MEMS и NEMS. Факторы нарезки пластин, толщины устройства, последовательности окончательного выпуска, теплового расширения, изоляции механических напряжений, рассеивания мощности и тепла, минимизации ползучести, изоляции среды и защитных покрытий учитываются при проектировании упаковки в соответствии с конструкцией компонента MEMS или NEMS. . [ 51 ] Анализ расслоения, анализ движения и испытания на срок службы использовались для оценки методов инкапсуляции на уровне пластины, таких как соединение крышки с пластиной, пластина с пластиной и инкапсуляция тонкой пленкой. Методы инкапсуляции на уровне пластины могут привести к повышению надежности и увеличению производительности как микро-, так и наноустройств. [ 52 ]

Производство

[ редактировать ]

Оценка надежности NEMS на ранних стадиях производственного процесса имеет важное значение для повышения производительности. Формы поверхностных сил, такие как силы адгезии и электростатические силы, во многом зависят от топографии поверхности и геометрии контакта. Выборочное изготовление нанотекстурированных поверхностей уменьшает площадь контакта, улучшая как адгезию, так и характеристики трения для NEMS. [ 53 ] Кроме того, внедрение нанопостов на инженерные поверхности увеличивает гидрофобность, что приводит к снижению как адгезии, так и трения. [ 54 ]

Адгезией и трением также можно управлять с помощью наноструктурирования, чтобы отрегулировать шероховатость поверхности для соответствующих применений устройства NEMS. Исследователи из Университета штата Огайо использовали атомно-фрикционную силовую микроскопию (AFM/FFM) для изучения влияния наноструктурирования на гидрофобность, адгезию и трение для гидрофильных полимеров с двумя типами структурированных неровностей (низкое соотношение сторон и высокое соотношение сторон). Обнаружено, что шероховатость гидрофильных поверхностей по сравнению с гидрофобными поверхностями имеет обратно и прямо коррелирующие отношения соответственно. [ 24 ]

Из-за большого соотношения площади поверхности к объему и чувствительности адгезия и трение могут снизить производительность и надежность устройств NEMS. Эти трибологические проблемы возникают из-за естественного уменьшения размеров этих инструментов; однако систему можно оптимизировать путем манипулирования конструкционным материалом, поверхностными пленками и смазкой. По сравнению с нелегированными пленками Si или поликремния, пленки SiC обладают самым низким коэффициентом трения, что приводит к повышенной устойчивости к царапинам и улучшенной функциональности при высоких температурах. Покрытия из твердого алмазоподобного углерода (DLC) обладают низким коэффициентом трения, высокой твердостью и износостойкостью, а также химической и электрической стойкостью. Шероховатость, фактор, который уменьшает смачивание и увеличивает гидрофобность, можно оптимизировать за счет увеличения угла контакта, чтобы уменьшить смачивание и обеспечить низкую адгезию и взаимодействие устройства с окружающей средой. [ 55 ]

Свойства материала зависят от размера. Поэтому анализ уникальных характеристик NEMS и наноматериалов становится все более важным для сохранения надежности и долгосрочной стабильности устройств NEMS. [ 56 ] Некоторые механические свойства наноматериалов, такие как твердость, модуль упругости и испытания на изгиб, определяются с помощью наноиндентора на материале, прошедшем процесс изготовления. Однако эти измерения не учитывают, как устройство будет работать в промышленности при длительных или циклических нагрузках и деформациях. Тета-структура представляет собой модель NEMS, которая демонстрирует уникальные механические свойства. Состоящая из кремния структура обладает высокой прочностью и способна концентрировать напряжения на наноуровне для измерения определенных механических свойств материалов. [ 57 ]

Остаточные напряжения

[ редактировать ]

Для повышения надежности структурной целостности характеристика как структуры материала, так и собственных напряжений в соответствующих масштабах становится все более актуальной. [ 58 ] Эффекты остаточных напряжений включают, помимо прочего, разрушение, деформацию, расслоение и наноразмерные структурные изменения, которые могут привести к сбою в работе и физическому износу устройства. [ 59 ]

Остаточные напряжения могут влиять на электрические и оптические свойства. Например, в различных приложениях фотоэлектрических и светоизлучающих диодов (LED) энергия запрещенной зоны полупроводников может быть соответствующим образом настроена за счет эффектов остаточного напряжения. [ 60 ]

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) и рамановская спектроскопия могут использоваться для характеристики распределения остаточных напряжений на тонких пленках с точки зрения объемного изображения силы, топографии и кривых силы. [ 61 ] Кроме того, остаточное напряжение можно использовать для измерения температуры плавления наноструктур с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и температурно-зависимой рентгеновской дифракции (XRD). [ 60 ]

Будущее

[ редактировать ]

Ключевые препятствия, которые в настоящее время препятствуют коммерческому применению многих устройств NEMS, включают низкую производительность и высокую вариабельность качества устройств. Прежде чем устройства NEMS будут фактически внедрены, необходимо создать разумную интеграцию продуктов на основе углерода. Недавний шаг в этом направлении был продемонстрирован на примере алмаза, где был достигнут уровень обработки, сравнимый с уровнем обработки кремния. [ 18 ] В настоящее время акцент смещается от экспериментальной работы к практическим приложениям и структурам устройств, которые будут реализовывать такие новые устройства и получать от них выгоду. [ 20 ] Следующая задача, которую необходимо преодолеть, заключается в понимании всех свойств этих углеродных инструментов и использовании этих свойств для создания эффективных и долговечных NEMS с низким уровнем отказов. [ 49 ]

Материалы на основе углерода стали основными материалами для использования в NEMS из-за их исключительных механических и электрических свойств. [ нужна ссылка ]

Недавно было показано, что нанопроволоки халькогенидных стекол являются ключевой платформой для создания настраиваемых НЭМС благодаря доступности активной модуляции модуля Юнга. [ 62 ]

По прогнозам, к 2022 году мировой рынок NEMS достигнет 108,88 миллиона долларов. [ 63 ]

Приложения

[ редактировать ]

Кантилеверы на основе наноэлектромеханики

[ редактировать ]

Исследователи из Калифорнийского технологического института на основе НЭМ разработали кантилевер с механическим резонансом до очень высоких частот (ОВЧ). Использование электронных датчиков смещения на основе пьезорезистивной тонкой металлической пленки обеспечивает однозначное и эффективное считывание показаний наноустройств. Функционализация поверхности устройства с помощью тонкого полимерного покрытия с высоким коэффициентом распределения для целевых видов позволяет кантилеверам на основе NEMS проводить измерения хемосорбции при комнатной температуре с разрешением по массе менее одного аттограмма . Дополнительные возможности кантилеверов на основе NEMS были использованы для применения в датчиках, сканирующих зондах и устройствах, работающих на очень высокой частоте (100 МГц). [ 64 ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ «SiTime SiT8008 — МЭМС-генератор: снимок выходного дня: ZeptoBars» .
  2. ^ Jump up to: а б Хьюз, Джеймс Э. младший; Вентра, Массимилиано Ди ; Эвой, Стефан (2004). Введение в наномасштабную науку и технологии (Nanostructure Science and Technology) . Берлин: Шпрингер. ISBN  978-1-4020-7720-3 .
  3. ^ Фрош, CJ; Дерик, Л. (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка при диффузии в кремнии» . Журнал Электрохимического общества . 104 (9): 547. дои : 10.1149/1.2428650 .
  4. ^ Сзе, Саймон М. (2002). Полупроводниковые приборы: физика и технологии (PDF) (2-е изд.). Уайли . п. 4. ISBN  0-471-33372-7 .
  5. ^ Паса, Андре Авелино (2010). «Глава 13: Металлический транзистор на нанослойной основе» . Справочник по нанофизике: наноэлектроника и нанофотоника . ЦРК Пресс . стр. 13–1, 13–4. ISBN  9781420075519 .
  6. ^ Давари, Биджан; Тинг, Чунг-Ю; Ан, Ки Ю.; Басавая, С.; Ху, Чао-Кун; Таур, Юань; Уордеман, Мэтью Р.; Абоэльфото, О.; Крусин-Эльбаум, Л.; Джоши, Раджив В.; Полкари, Майкл Р. (1987). «Субмикронный полевой МОП-транзистор с вольфрамовым затвором и оксидом затвора 10 нм» . Симпозиум 1987 года по технологии СБИС. Сборник технических статей . стр. 61–62.
  7. ^ Jump up to: а б Цу-Джэ Кинг, Лю (11 июня 2012 г.). «ФинФЭТ: история, основы и будущее» . Калифорнийский университет в Беркли . Симпозиум по кратким курсам по технологиям СБИС . Проверено 9 июля 2019 г.
  8. ^ Колиндж, JP (2008). FinFET и другие многозатворные транзисторы . Springer Science & Business Media. п. 11. ISBN  9780387717517 .
  9. ^ Хисамото, Д.; Кага, Т.; Кавамото, Ю.; Такеда, Э. (декабрь 1989 г.). «Полностью обедненный транзистор с обедненным каналом (DELTA) - новый вертикальный сверхтонкий SOI MOSFET». Международный технический дайджест по электронным устройствам . стр. 833–836. дои : 10.1109/IEDM.1989.74182 . S2CID   114072236 .
  10. ^ «Получатели премии IEEE Эндрю С. Гроува» . Премия IEEE Эндрю С. Гроува . Институт инженеров электротехники и электроники . Архивировано из оригинала 9 сентября 2018 года . Проверено 4 июля 2019 г.
  11. ^ «Прорывное преимущество ПЛИС с технологией Tri-Gate» (PDF) . Интел . 2014 . Проверено 4 июля 2019 г.
  12. ^ Деспон, М; Брюггер, Дж.; Дрекслер, У.; Дюриг, У.; Хеберле, В.; Лютвич, М.; Ротуизен, Х.; Штутц, Р.; Видмер, Р. (2000). «Чип СБИС-НЭМС для параллельного хранения данных АСМ». Датчики и исполнительные механизмы A: Физические . 80 (2): 100–107. дои : 10.1016/S0924-4247(99)00254-X .
  13. ^ де Хаан, С. (2006). «НЭМС — новые продукты и применения наноэлектромеханических систем» . Представления о нанотехнологиях . 2 (3): 267–275. дои : 10.4024/N14HA06.ntp.02.03 . ISSN   1660-6795 .
  14. ^ Домашняя страница ITRS. Архивировано 28 декабря 2015 г. в Wayback Machine . Itrs.net. Проверено 24 ноября 2012 г.
  15. ^ Массимилиано Вентра; Стефан Эвой; Джеймс Р. Хефлин (30 июня 2004 г.). Введение в наномасштабную науку и технологии . Спрингер. ISBN  978-1-4020-7720-3 . Проверено 24 ноября 2012 г.
  16. ^ Jump up to: а б «Разница между подходами сверху вниз и снизу вверх в нанотехнологиях» . Июль 2011.
  17. ^ Jump up to: а б Тао, Ю.; Босс, Дж. М.; Мурс, бакалавр; Деген, CL (2014). «Монокристаллические алмазные наномеханические резонаторы с добротностью более миллиона». Природные коммуникации . 5 : 3638. arXiv : 1212.1347 . Бибкод : 2014NatCo...5.3638T . дои : 10.1038/ncomms4638 . ПМИД   24710311 . S2CID   20377068 .
  18. ^ Jump up to: а б Тао, Йе; Деген, Кристиан (2013). «Простое изготовление монокристаллических алмазных наноструктур со сверхвысоким аспектным соотношением». Продвинутые материалы . 25 (29): 3962–7. Бибкод : 2013AdM....25.3962T . дои : 10.1002/adma.201301343 . ПМИД   23798476 . S2CID   5089294 .
  19. ^ Банч, Дж.С.; Ван дер Занде, AM; Вербридж, СС; Фрэнк, И.В.; Таненбаум, Д.М.; Парпиа, Дж. М.; Крейгхед, Х.Г.; МакЮэн, Польша (2007). «Электромеханические резонаторы из листов графена». Наука . 315 (5811): 490–493. Бибкод : 2007Sci...315..490B . дои : 10.1126/science.1136836 . ПМИД   17255506 . S2CID   17754057 .
  20. ^ Jump up to: а б с Кис, А.; Зеттл, А. (2008). «Наномеханика углеродных нанотрубок» (PDF) . Философские труды Королевского общества А. 366 (1870): 1591–1611. Бибкод : 2008RSPTA.366.1591K . дои : 10.1098/rsta.2007.2174 . ПМИД   18192169 . S2CID   10224625 . Архивировано из оригинала (PDF) 27 сентября 2011 г.
  21. ^ Jump up to: а б Герман, С; Экке, Р; Шульц, С; Гесснер, Т (2008). «Контроль образования наночастиц для определенного роста углеродных нанотрубок для межсоединений». Микроэлектронная инженерия . 85 (10): 1979–1983. дои : 10.1016/j.mee.2008.06.019 .
  22. ^ Деккер, Сис; Танс, Сандер Дж.; Вершуерен, Элвин Р.М. (1998). «Транзистор комнатной температуры на основе одной углеродной нанотрубки». Природа . 393 (6680): 49–52. Бибкод : 1998Natur.393...49T . дои : 10.1038/29954 . S2CID   4403144 .
  23. ^ Jump up to: а б Вестервельт, Р.М. (2008). «ПРИКЛАДНАЯ ФИЗИКА: Графеновая наноэлектроника». Наука . 320 (5874): 324–325. дои : 10.1126/science.1156936 . ПМИД   18420920 . S2CID   9585810 .
  24. ^ Jump up to: а б Бартон, РА; Парпиа, Дж.; Крейгхед, Х.Г. (2011). «Изготовление и характеристики графеновых наноэлектромеханических систем» (PDF) . Журнал вакуумной науки и технологий B. 29 (5): 050801. Бибкод : 2011JVSTB..29e0801B . дои : 10.1116/1.3623419 . S2CID   20385091 .
  25. ^ Бартон, РА; Илич, Б.; Ван дер Занде, AM; Уитни, штат Вашингтон; МакЮэн, Польша; Парпиа, Дж. М.; Крейгхед, Х.Г. (2011). «Высокий, зависящий от размера коэффициент качества в массиве графеновых механических резонаторов» (PDF) . Нано-буквы . 11 (3): 1232–6. Бибкод : 2011NanoL..11.1232B . дои : 10.1021/nl1042227 . ПМИД   21294522 . S2CID   996449 .
  26. ^ Экинчи, КЛ; Хуанг, XMH; Рукс, МЛ (2004). «Сверхчувствительный наноэлектромеханический масс-детектор». Письма по прикладной физике . 84 (22): 4469–71. arXiv : cond-mat/0402528 . Бибкод : 2004ApPhL..84.4469E . дои : 10.1063/1.1755417 .
  27. ^ Мамин, HJ; Ругар, Д. (2001). «Обнаружение субаттоньютонной силы при температуре милликельвина». Письма по прикладной физике . 79 (20): 3358–60. Бибкод : 2001АпФЛ..79.3358М . дои : 10.1063/1.1418256 .
  28. ^ ЛаХэй, доктор медицины; Буу, О.; Камарота, Б.; Шваб, К.К. (2004). «Приближение к квантовому пределу наномеханического резонатора» (PDF) . Наука . 304 (5667): 74–77. Бибкод : 2004Sci...304...74L . дои : 10.1126/science.1094419 . ПМИД   15064412 . S2CID   262262236 .
  29. ^ Бауэрдик, С.; Линден, А.; Стампфер, К.; Хелблинг, Т.; Хирольд, К. (2006). «Прямое соединение углеродных нанотрубок для интеграции в наноэлектромеханические системы» . Журнал вакуумной науки и техники Б. 24 (6): 3144. Бибкод : 2006JVSTB..24.3144B . дои : 10.1116/1.2388965 . Архивировано из оригинала 23 марта 2012 г.
  30. ^ Хуанг, XMH; Зорман, Калифорния; Мехрегани, М.; Рукс, М.Л. (2003). «Движение наноустройства на микроволновых частотах». Природа . 421 (6922): 496. дои : 10.1038/421496a . ПМИД   12556880 .
  31. ^ Юсиф, МЯА; Лундгрен, П.; Гаванини, Ф.; Энокссон, П.; Бенгтссон, С. (2008). «Аспекты КМОП в наноэлектромеханических переключателях на основе углеродных нанотрубок». Нанотехнологии . 19 (28): 285204. Бибкод : 2008Nanot..19B5204Y . дои : 10.1088/0957-4484/19/28/285204 . ПМИД   21828728 . S2CID   2228946 .
  32. ^ Рюкес, Т.; Ким, К.; Йоселевич Э.; Ценг, Г.Ю.; Чунг, CL; Либер, CM (2000). «Энергонезависимая оперативная память на основе углеродных нанотрубок для молекулярных вычислений» . Наука . 289 (5476): 94–97. Бибкод : 2000Sci...289...94R . дои : 10.1126/science.289.5476.94 . ПМИД   10884232 .
  33. ^ Коллинз, П.Г.; Брэдли, К; Исигами, М; Зеттл, А (2000). «Чрезвычайная кислородная чувствительность электронных свойств углеродных нанотрубок». Наука . 287 (5459): 1801–4. Бибкод : 2000Sci...287.1801C . дои : 10.1126/science.287.5459.1801 . ПМИД   10710305 .
  34. ^ Эббесен, ТВ; Лежец, HJ; Хиура, Х.; Беннетт, JW; Гаэми, ХФ; Тио, Т. (1996). «Электрическая проводимость отдельных углеродных нанотрубок». Природа . 382 (6586): 54–56. Бибкод : 1996Natur.382...54E . дои : 10.1038/382054a0 . S2CID   4332194 .
  35. ^ Гролмс, М. (сентябрь 2019 г.). «Наномасштабный графеновый акселерометр» . Новости передовой науки.
  36. ^ Фан, Х.; Фишер, AC; Форсберг, Ф.; Лемм, MC; Никлаус, Ф.; Эстлинг, М.; Рёджегорд, Х.; Шредер, С.; Смит, AD; Вагнер, С. (сентябрь 2019 г.). «Графеновые ленты с подвешенными массами как преобразователи в сверхмалых наноэлектромеханических акселерометрах». Природная электроника . 2 (9): 394–404. arXiv : 2003.07115 . дои : 10.1038/s41928-019-0287-1 .
  37. ^ Jump up to: а б Макдональд, Джей Си; Уайтсайдс, GM (2002). «Поли (диметилсилоксан) как материал для изготовления микрофлюидных устройств». Отчеты о химических исследованиях . 35 (7): 491–9. дои : 10.1021/ar010110q . ПМИД   12118988 . S2CID   41310254 .
  38. ^ Бхушан, Б. (2013). Принципы и приложения трибологии (2-е изд.). Уайли. ISBN  978-1-118-40301-3 .
  39. ^ Тамбе, Н.С.; Бхушан, Б. (2005). «Микро/нанотрибологическая характеристика ПДМС и ПММА, используемых для приложений BioMEMS/NEMS». Ультрамикроскопия . 105 (1–4): 238–247. дои : 10.1016/j.ultramic.2005.06.050 .
  40. ^ Го, Х.; Лу, Л.; Чен, X.; Ли, К. (2012). «Пьезорезистивная диафрагма NEMS с PDMS-покрытием для обнаружения паров хлороформа». Письма об электронных устройствах IEEE . 33 (7): 1078–80. Бибкод : 2012IEDL...33.1078G . дои : 10.1109/LED.2012.2195152 . S2CID   40641941 .
  41. ^ Чаудри, АН; Биллингем, Северная Каролина (2001). «Характеристика и окислительная деградация вулканизированного при комнатной температуре поли(диметилсилоксанового) каучука». Деградация и стабильность полимеров . 73 (3): 505–510. дои : 10.1016/S0141-3910(01)00139-2 .
  42. ^ Шафаг, Реза; Вастессон, Александр; Го, Вэйджин; из Вейнгаарта — Воутер; Харальдссон, Томми (2018). «Электронно-лучевое наноструктурирование и биофункционализация тиол-енового резиста прямым щелчком» . АСУ Нано . 12 (10): 9940–9 дои : 10.1021/acsnano.8b03709 . ПМИД   30212184 . S2CID   52271550 .
  43. ^ Jump up to: а б Декес, Марк; Тан, Чжи; Алуру, НР (2004). «Статический и динамический анализ переключателей на основе углеродных нанотрубок» (PDF) . Журнал инженерных материалов и технологий . 126 (3): 230. дои : 10.1115/1.1751180 . Архивировано из оригинала (PDF) 18 декабря 2012 г.
  44. ^ Кэ, Чанхун; Эспиноза, Орасио Д. (2005). «Численный анализ устройств NEMS на основе нанотрубок - Часть I: Распределение электростатического заряда на многостенных нанотрубках» (PDF) . Журнал прикладной механики . 72 (5): 721. Бибкод : 2005JAM....72..721K . дои : 10.1115/1.1985434 . Архивировано из оригинала (PDF) 13 июля 2011 г.
  45. ^ Кэ, Чанхун; Эспиноза, Орасио Д.; Пуньо, Никола (2005). «Численный анализ устройств NEMS на основе нанотрубок. Часть II: роль конечной кинематики, растяжения и концентрации заряда» (PDF) . Журнал прикладной механики . 72 (5): 726. Бибкод : 2005JAM....72..726K . дои : 10.1115/1.1985435 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  46. ^ Гарсия, Джей Си; Хусто, JF (2014). «Скрученные ультратонкие кремниевые нанопроволоки: возможное торсионное электромеханическое наноустройство». Еврофиз. Летт . 108 (3): 36006. arXiv : 1411.0375 . Бибкод : 2014EL....10836006G . дои : 10.1209/0295-5075/108/36006 . S2CID   118792981 .
  47. ^ Кеблински, П.; Наяк, С.; Заполь, П.; Аджаян, П. (2002). «Распределение заряда и стабильность заряженных углеродных нанотрубок». Письма о физических отзывах . 89 (25): 255503. Бибкод : 2002PhRvL..89y5503K . doi : 10.1103/PhysRevLett.89.255503 . ПМИД   12484896 .
  48. ^ Ке, С; Эспиноза, HD (2006). «Электромеханическая характеристика бистабильного устройства NEMS с помощью электронной микроскопии in situ». Маленький . 2 (12): 1484–9. дои : 10.1002/smll.200600271 . ПМИД   17193010 .
  49. ^ Jump up to: а б Лох, О; Вэй, Х; Ке, С; Салливан, Дж; Эспиноза, HD (2011). «Надежные наноэлектромеханические устройства на основе углеродных нанотрубок: понимание и устранение распространенных режимов отказов с использованием альтернативных материалов электродов». Маленький . 7 (1): 79–86. дои : 10.1002/smll.201001166 . ПМИД   21104780 .
  50. ^ Араб, А.; Фэн, К. (2014). «Исследование надежности микро- и наноэлектромеханических систем: обзор». Международный журнал передовых производственных технологий . 74 (9–12): 1679–90. дои : 10.1007/s00170-014-6095-x . S2CID   253682814 .
  51. ^ Кроун, WC (2008). «Краткое введение в МЭМС и НЭМС» . В Шарпе, WN (ред.). Справочник Springer по экспериментальной механике твердого тела . Спрингер. стр. 203–228. ISBN  978-0-387-26883-5 .
  52. ^ Питерс, П. (2005). «Упаковка микро/наносистем на уровне пластины». 5-я конференция IEEE по нанотехнологиям . IEEE. стр. 130–3. дои : 10.1109/NANO.2005.1500710 . ISBN  0-7803-9199-3 .
  53. ^ Цзоу, М.; Кай, Л.; Ван, Х.; Ян, Д.; Выробек, Т. (2005). «Исследования адгезии и трения выборочно микро/нанотекстурированной поверхности, полученной путем кристаллизации аморфного кремния под воздействием УФ-излучения». Письма по трибологии . 20 (1): 43–52. дои : 10.1007/s11249-005-7791-3 . S2CID   135754653 .
  54. ^ Фаулер, Дж.; Мун, Х.; Ким, CJ (2002). «Улучшение смешивания с помощью капельной микрофлюидики». Технический дайджест. Международная конференция MEMS 2002 IEEE. Пятнадцатая международная конференция IEEE по микроэлектромеханическим системам . IEEE. стр. 97–100. дои : 10.1109/MEMSYS.2002.984099 . ISBN  0-7803-7185-2 .
  55. ^ Бхушан, Б. (март 2007 г.). «Нанотрибология и наномеханика материалов и устройств MEMS/NEMS и BioMEMS/BioNEMS». Микроэлектронная инженерия . 84 (3): 387–412. дои : 10.1016/j.mee.2006.10.059 .
  56. ^ Пэк, CW; Бхушан, Б.; Ким, Ю.К.; Ли, Х.; Такашима, К. (октябрь – ноябрь 2003 г.). «Механическая характеристика микро/наноразмерных структур для приложений MEMS/NEMS с использованием методов наноиндентирования». Ультрамикроскопия . 97 (1–4): 481–494. дои : 10.1016/S0304-3991(03)00077-9 . ПМИД   12801705 .
  57. ^ Осборн, Вашингтон, Маклин, М., Смит, Д.Т., Гербиг, Ю. (ноябрь 2017 г.). Измерения и стандарты наномасштабной прочности. НИСТ. Получено с https://www.nist.gov.
  58. ^ Сальвати, Э. (2017). Оценка и моделирование остаточных напряжений в микронном масштабе (доктор философии). Оксфордский университет.
  59. ^ Ван Спенген, WM (2003). «Надежность MEMS с точки зрения механизмов отказа». Надежность микроэлектроники . 43 (7): 1049–60. дои : 10.1016/S0026-2714(03)00119-7 .
  60. ^ Jump up to: а б Хуанг, XJ (2008). Нанотехнологические исследования: новые наноструктуры, нанотрубки и нановолокна . Нова Наука. ISBN  978-1-60021-902-3 .
  61. ^ Гупта, С.; Уильямс, ОА; Патель, Р.Дж.; Хаенен, К. (2006). «Карты распределения остаточных напряжений, межмолекулярных сил и фрикционных свойств алмазных пленок для микро- и наноэлектромеханических (M/NEMS) применений» (PDF) . Журнал исследования материалов . 21 (12): 3037–46. Бибкод : 2006JMatR..21.3037G . дои : 10.1557/jmr.2006.0372 . S2CID   136894526 .
  62. ^ Али, Утку Эмре; Моди, Гаурав; Агарвал, Ритеш; Бхаскаран, Хариш (18 марта 2022 г.). «Модуляция наномеханических свойств в реальном времени как основа настраиваемой NEMS» . Природные коммуникации . 13 (1): 1464. Бибкод : 2022NatCo..13.1464A . дои : 10.1038/s41467-022-29117-7 . ISSN   2041-1723 . ПМЦ   8933423 . ПМИД   35304454 .
  63. ^ «Глобальный рынок проекций NEMS» . 24 октября 2012 г.
  64. ^ Ли, М.; Тан, HX; Рукс, МЛ (2007). «Сверхчувствительные кантилеверы на основе NEMS для датчиков, сканирующих зондов и очень высокочастотных приложений». Природные нанотехнологии . 2 (2): 114–120. Бибкод : 2007НатНа...2..114Л . дои : 10.1038/nnano.2006.208 . ПМИД   18654230 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nanoelectromechanical_systems&oldid=1244665408"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0f712cfd398ad911e8fd005d02de1daf__1725788220
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/0f/af/0f712cfd398ad911e8fd005d02de1daf.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Nanoelectromechanical systems - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)