X. K. Aripov, A. M. Abdullayev, N. B. Alim ova, X. X. Bustano V, ye. V. Obyedkov, sh. T. Toshm atov
Download 11.08 Mb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- 0vl v2v3v4.
|
( 1 2 . 10) X 0 —
D C — Уо — X i — У2 — Уз — >4 — »
— Уб — у? X j — X 2 — 12.20-rasm . 3x8 deshifratom ing shartli belgilanishi. 332
x0, xi, x 2 kirishlarga mantiqiy sathlam ing 8 ta kombinatsiyasini (000, 001, 010, ..., I l l ) berish mumkin. Sxema 8 ta chiqishga ega bo‘- lib, ulardan birida past potensial, qolganlarida esa yuqori potensial shakllanadi. Bu yagona chiqish tartib raqami
soniga mos keladi v & xq , X j , x 2
kirishlar holatlari bilan
quyidagicha aniqlanadi: Л^=22-дг2+21-дг,+2°-^C hiqish signali
holatini um um iy holda qo‘yidagi shartlar tizimi bilan ifodalash mumkin:
axborot kirishlaridan tashqari, deshifratorlar qo‘shimcha boshqaruv kirishlari
ga ega bo‘ladi. Bu kirishlardagi signallar deshif rator ishlashiga ruxsat beradi yoki ulam i passiv holatga o ‘tkazadi. Passiv holatda axborot kirishlaridagi signallar qanday bo‘lishidan qat’i nazar, barcha chiqishlarda m antiqiy 1 sath o ‘rnatiladi. Demak, boshqaruv kirishlari holatiga b o g iiq ravishda m a’lum ruxsat beruvchi funksiya mavjud. Deshifratom ing ruxsat beruvchi kirishi to‘g ‘ri va invers bo‘lishi m um kin. T o ‘g ‘ri ruxsat beruvchi kirishli deshifratorlarda aktiv sath bo‘- lib m antiqiy 1 sath, invers ruxsat beruvchi kirishli deshifratorlarda esa m antiqiy 0 sath hisoblanadi. 12.17-rasmda tasvirlangan deshifrator bitta invers boshqaruv kirishiga ega. Bu deshifratorda chiqish sinalining shakllanishi boshqaruv signalini inobatga olgan holda quyidagicha ifodalanadi: Bir necha boshqaruv kirishlariga ega bo‘lgan deshifratorlar ham mavjud. Bunday deshifratorlar uchun ruxsat funksiyasi, barcha boshqaruv signallari mantiqiy ko‘paytmasi ko‘rinishida bo‘ladi. M asalan, KR555ID7 deshifratorida bitta
boshqaruv signali va ikkita E2 v a
E3 invers funksiyalarga ega bo‘lib, E quyidagi ko‘rinishga ega: 0,
= • 1, agar i * k; к = 2 г 'X. + 2 '
‘X. +2° •x,. ( 1 2 .1 1 ) \-E, agar i = k; У,
= 1, agar i * k; к = 2 2 -x 2 + 2 ' -xt + 2 ° -x 0 ( 1 2 . 12 ) E = E\-E2-E3. (12.13)
333 Multipleksorlar. Multipleksor deb chiqishiga m a’lum otlam ing axborot kirishidan birini ulovchi, boshqaruv qayta ulagichini hosil qiluvchi kom binatsion sxem aga aytiladi. Ulanuvchi kirishning tartib raqami, manzilni ko‘rsatuvchi kirishlarga berilayotgan m antiqiy sathlar kom binatsiyasi bilan aniqlanadi. Axborot va manzilni ko‘rsatuvchi kirishlardan tashqari, m ultipleksor sxemalari ruxsat kirishlariga ega. Ularga aktiv sath berilganda m ultipleksor aktiv holatga, passiv sath berilsa, m ultipleksor passiv holatga o ‘tadi. Axborot va manzilni ko‘rsatuvchi kirishlar holatlaridan qat’i nazar, chiqishdagi signal o ‘zgarm as qoladi. Axborot kirishlari soni n va manzilni ko‘rsatuvchi kirishlar soni m ga mos ravishda m ultipleksorlar to ‘liq va to ‘liq emas bo‘lishi mumkin. A gar л=2"' shart bajarilsa, m ultipleksor
agar bu shart bajarilmasa, y a’ni
bo‘lsa m ultipleksor to*liq emas deyiladi. M ultipleksorda axborot kirishlari soni odatda 2, 4, 8 yoki 16 bo‘ladi. 12.21-rasmda invers ruxsat kirishi E va to‘g ‘ri chiqishga ega bo‘lgan 4x1 m ultipleksor tasvirlangan. U KR555KSH2 m ultipleksor mikrosxem asining yarm ini tashkil etadi. Xo- X r
Xz — X,—
A0 —
А , — E —
MUX — y
12.21-rasm. 4x1 m ultipleksor shartli belgisi. Bunday m ultipleksor chiqish funsiyasi uchun ifoda quyidagicha yoziladi: у = Х о - (5 л )+ х , • ( 4 ,4 ) + x 1- ( ^ 4 ) + x 3(4 )4 ) , (12.14) bu yerda, x q , x j , x 2, x 3 - m ultipleksom ing axborot kirishlari; Ao,Ai - m anzilni ko‘rsatuvchi kirishlari. Umuman olganda,
ta boshqaruv (m anzilni ko‘rsatuvchi) kirishlar va
ta axborot kirishlarga ega bo‘lgan to ‘liq m ultipleksor uchun n - kirishli mantiqiy funksiya tuzish mumkin. H ar bir boshqaruv kirishlari kom binatsiyasiga bitta axborot kirishi mos keladi, demak, shu kirishga 334
m antiqiy funksiyaning talab etilgan qiymati beriladi va u multipleksor chiqishiga uzatiladi. Triggerlar. Trigger deb, ikkita turg‘un holatga ega boTgan sodda qurilm aga aytiladi. Uning elektr zanjirida m usbat TA boMgandagina bu holatlar orasida o ‘tish jarayonlari sodir boTadi. Triggem ing ikkita turg‘un holatlari:
va
Q=0 deb belgilanadi. Triggem ing qaysi holatda bo‘lishi trigger kirishlaridagi signal holatiga va oldingi holati bilan aniqlanadi, y a’ni trigger xotiraga ega. Boshqacha aytganda, trigger elem entar xotira yacheykasi hisoblanadi. Trigger turi uning ish algoritmi bilan aniqlanadi. Ish algoritmiga ko‘ra triggerlar
va
boshqaruv kirishlariga. ega
boTishi mumkin. 0 ‘m atuvchi kirishlar boshqa kirishlar holatlari qanday bo‘lishidan qat’i nazar, trigger holatini o ‘m atadi. Boshqaruv kirishlari, xususan axborot kirishlariga berilayotgan m a’lumotlami yozishga ruxsat beradi. Eng keng qo‘llaniladigan triggerlar b o ‘lib RS, JK, D va T triggerlar hisoblanadi. Bu triggerlam ing shartli belgilanishi 12.22- rasmda keltirilgan.
ikkita axborot S va R kirishlarga ega. S kirishga 1 signali,
kirishga 0 signali berilsa, triggem ing Q chiqishida 1 signal o ‘m atiladi. Aksincha b o ig an d a, y a’ni ishi quyidagi ifoda bilan aniqlanadi: ( 12
15
bu yerda, Qn va £>лт/ - mos ravishda triggem ing oldingi va yangi holatlari. Q
R S J K
D * T 12.22-rasm. RS-, JK-, D- va Г-turli triggerlam ing shartli belgilanishi. rS -trig g er uchun 5 И va /?=1 kom binatsiya taqiqlangan hisob lanadi. Bu vaqtda triggem ing axborot kirishlari holati aniq bo‘lmaydi: Q chiqishda 0 ham, 1 ham bo‘lishi mumkin. 335
(12.19) Shu sababli schetchiklam i chastota bo‘lgichlari sifatida ham ishlatish mumkin. Bu vaqtda bo‘linish koeffitsiyenti
ga teng bo‘la- di.
qiym atini oshirish uchun zanjirdagi triggerlar sonini ko‘payti- rishga to ‘g ‘ri keladi. Q o‘shilgan har bir trigger schetchik holatlari soni va
Kps qiym atini ikki m artaga oshiradi. KqS qiymatini kamaytirish uchun oraliq kaskadlam ing chiqishlarini schetchik chiqishi deb qarash m umkin. M asalan, uchta triggerda bajarilgan schetchik uchun KpS =8,
agar ikkinchi trigger chiqishi olinsa, u holda Kps=A bo‘ladi. Bu vaqtda. Kps doim to ‘liq 2 daraja qiym atiga teng boMadi, ya’ni: 2, 4, 8, 16 va h.k. Kps qiymati ixtiyoriy to ‘liq son bo‘lgan schetchik ham tuzish m umkin. M asalan, uchta triggerda bajarilgan schetchik uchun
qiymati 2 dan 7 gacha boNgan oraliqda bo‘lsin, lekin bu vaqtda bir yoki ikkita trigger ortiqcha boMishi ham mumkin. Barcha uchta trigger ishlatilganda Kps = 5 ...7 bo‘lishiga erishish mumkin, ya’ni 22< KpS <23. Kps=5 b o ‘lgan schetchik 5 ta holatga ega boNishi kerak, ular oddiy {0,1,2,3,4} ketm a-ketlikni tashkil etadi. B u ketm a-ketlikning siklik takrorlanishi schetchikning boMinish koeffitsiyenti 5 ga tengligini anglatadi.
=5 boMgan jam lovchi schetchik yaratishda {0, 1, 2, 3, 4} ketm a-ketlikning so‘nggi soni 5 soniga emas, balki 0 soniga o ‘tishi bilan shakllantiriladi. Ikkilik kodda bu 100 sonini 101 soniga emas, 000 soniga o ‘tishini anglatadi. Sanoqning odatiy tartibini o ‘zgartirish uchun schetchik triggerlari oralig‘iga qo‘shim cha aloqalar kiritish talab qilina- di. Buning uchun quyidagi usuldan foydalanish mum kin: schetchik ishchi holatidan chiqishi bilan (biz ko‘rayotgan m isolda bu 101), bu holat aniqlash va schetchikni 000 holatga o ‘tkazish uchun signal ishlab chiqarish kerak. Schetchikning ishchi holatidan chiqishi quyidagi mantiqiy m unosabat bilan ifodalanadi: 110 v a 111 holatlar ham ishchi hisoblanm aydi va shu sababli tenglam a tuzilishida ular hisobga olingan. A gar ekvivalent mantiqiy sxe m a chiqishida F=Q bo‘lsa, u holda schetchik quyidagi ishchi holatlardan birida bo‘ladi:
Schetchik 5v6v7 bo‘lgan ishchi F =(lOl) v (l lO) v (l 11)= ( 12
2 0
338
bo‘lmagan holatlardan biriga o ‘tsa F=\ signal shakllanadi. Bunday sig- nalning paydo bo'lishi schetchikni dastlabki 000 holatga o ‘tkazadi. Undan signalni schetchik triggerlarining o ‘m atuvchi kirishlariga ta ’sir ko‘rsatishda foydalanish m umkin. Bunda o ‘m atuvchi kirishlar schetchik holatini ga o ‘tkazadi.
=5 bo‘lgan schetchik tuzishning b iru su li 12.24-rasmda keltirilgan. Q o
Q i Q 2 с 12.24-rasm. Q ayta sanash koeffitsiyenti 5 ga teng bo‘lgan schetchik sxemasi.
=5 bo‘lgan schetchik va trigger ketm a-ket ulanganda K0s =10
boNgan o ‘nlik schetchigi hosil bo‘ladi. Bunday schetchiklar operator uchun qulay bo‘lgan, o ‘nlik hisob qurilm asiga ega bo‘lgan raqamli o ‘lchov qurilm alarda keng q o ‘llaniladi. N a z o r a t s a v o l l a r i 1. TTM MElaming keng tarqalganligini nima bilan tushmtirish mumkin? 2. Nima sababdan i f va i f sathlar TTM elementlar zanjiridan о 'tganda standart sathlarga aylanadi? 3. TTM MElardagi KET tuzilmasi xossalari nima bilan tushuntiriladi? 4. TTM MElaming asosiy statik va dinamik parametrlari hamda xarakteristikalarini sanab bering. 5. TTM MElar modifikatsiyasi variantlarini sanab bering va qanday maqsadlarda ishlab chiqilganligini tushuntiring. 6. EBM MElaming tezkorligi nima bilan tushuntiriladi? 7.
EBM negiz ME sxemasida asosiy tugunlami ajratib ко ‘rsatish mumkinmi? 339
8. Nima sababdan ko'pchilik EBM MElarda emitter qaytargichlar qo 'llaniladi? 9. Kirish boyicha birlashtirish va chiqish bo ‘yicha tarmoqlanish koeffitsiyentlari nimani anglatadi va ulaming qiymatlari qanday bo 'lishi mumkin? 10. Inverslovchi kuchaytirgich amplituda uzatish xarakteristikasini ifodalang. 11. ME xalaqitbardoshlik sohasi qanday aniqlanadi? 12. TTMda bajarilgan 3HAM-EMAS negiz ME sxemasini keltiring va uning ishlashini tushuntiring. 13. TTMSH sxemadagi diodlar va Shottki tranzistorlari vazifasini tushuntiring? 14. TTM seriyadagi IS asosiy parametrlarini solishtiring. Ulami farqi nimadan kelib chiqadi ? 15. Tok qayta ulagichi sxemasini keltiring. 16. Qanday usullar yordamida EBM IS funksional imkoniyatlarini kengaytirish mumkin? 17. Dinamik yuklamali MDYA - tranzistorli elektron kalit sxemasini keltiring. 18. Bir turdagi MDYA — tranzistorli 3HAM-EMAS va 3YOK1-EMAS amallarini bajaruvchi ME sxemasini keltiring va ularni ishlashini tushuntiring. 19. KMDYA - tranzistorli 3HAM-EMAS va 3YOKI-EMAS MElari sxemasini tushuntiring. 20. I2M ME texnologiya va sxemotexnik yechimi xossalari nimadan iborat? 21. Negiz I2M ME sxemasi va uning topologiyasini keltiring. 22. Deshifrator qanday mantiqiy funksiyani bajaradi? 23. Deshifrator boshqaruv kirishlarining vazifasi nimada? 24. Multipleksor mantiqiy signallar uchun qanday qurilma funksiyasini bajaradi? 25. RS-, JK-, D- va T- triggerlar ishini izohlang. 26. Nima uchun T-trigger sanoq triggeri deb ataladi? 27. Qanday triggerlar asosida ikkilik schetchigiyasash mumkin? 28. Schetchikning qayta sanash koeffitsiyenti nima? 29. Schetchikning qayta sanash koeffitsiyenti qiymatini qanday usullar bilan о ‘zgartirish mumkin? 340
X I I I B O B E L E K T R O N I K A N I N G I S T I Q B O L L I Y O ‘N A L I S H L A M 1 3 .1 . N a n o e l e k t r o n i k a
nanotexnologiyalam ing ilmiy va texnologik usullaridan foydalanishga asoslanadi.
alohida atom va molekulalami boshqarishni (m anipulatsiya), shuningdek, buning uchun zarur nazariy va amaliy tekshirishlam i q o ‘llash asosida nanoobyektlami ishlab chiqish va ishlab chiqarish bilan shug‘ullanuvchi fan va texnika sohasidir. ISO/TK 229 texnik kom itetda natotexnologiya deganda: - bir yoki undan ortiq koordinatalarda 100 nm dan kichik o ‘lcham larda o ic h a m li hodisalam i e ’tiborga olish odatda yangi qo‘l- lanishlarga olib keluvchi nmli diapazonda m ateriallami tushunish va materialdagi jarayon va xususiyatlam i boshqarish; - alohida atom va molekula, shuningdek, hajm iy materiallar xususiyatlaridan farq qiluvchi nmli materiallardan yangi xususiyatlami nam oyon qiluvchi m ukam m allashgan materiallar, asboblar va tizimlar hosil qilish uchun foydalanish nazarda tutiladi. D unyo tuzilishi va uning mexanikasi tasaw u rig a asoslangan odatiy texnologiyalar mikroolam qonuniyatlari o ‘zgachaligi sababli atom m asshtablarda yaroqsiz. Bunga kvant hodisalam ing ayonlashuvi Van- der-Vaals kuchlari, alohida atom lar va m olekulalam ing xususiyatlari misol bo‘lao lad i. M axsus texnologik uskunalar va nanotexnologiya asboblarining rivojlanishi evaziga nanotexnologiyaning yangi usullari paydo bo‘ldi. U shbu uskunalar nanoobyektlami kuzatish, ular parametrlarini oMchash, alohida atom lam i va nanoobyektlami boshqarish imkonini beradi. Bunday uskunalarga rastr va elektron mikroskop, skanerli konfokal mikroskop, yomgMik difraksiyasi bilan bog‘liq chegaradan chiqish imkoniyatini beruvchi maydoni yaqin mikroskop, tunnel mikroskop (elektr o ‘tkazuvchi m ateriallar uchun), rentgen difraktometr, lazerli interferom etrlar kiradi. Tunnel va atom - kuch m ikroskop xarakterli oMchamlari bir necha nmdan kichik obyektlam ing kimyoviy, fizik va fazoviy xususiyatlarini 341
tekshirish imkoniyatini bergani uchun nanotexnologiyaning eng keng tarqalgan asbobi hisoblanadi. Atom - kuch m ikroskop (AKM ) yorda m ida o ‘tkazgich va elektr o ‘tkazm aydigan m ateriallam ing alohida atomlarini ko‘rishdan tashqari, ularga alohida ta’sir o ‘tkazish, xususan, atom lam i sirt bo‘yicha siljitish mumkin. Nanotexnologiyalar obyekti - a w a la m bor o ‘lchamlari 12-^-100 nm bo‘lgan «nanozarracha» deb ataluvchi zarralardan iborat. Nanozar- rachalar katalizator va adsorbsiyalovchi moddalar sifatida qiziq. Oqsillar, nuklin kislotalar bilan ta ’sirlashuvida nanozarrachalar qiziq xususiyatlarga ega. N anozarrachalar o ‘z-o‘zidan yangi xususiyatlami nam oyon etuvchi m a’lum tizimni hosil qilishi mumkin. N anozarrachalam ing quyidagi turlari m a’lum: - o ‘tkazgichlam i portlatish, plazm a sintezi, yupqa pardalami tiklash va boshqa yo‘llar bilan olinuvchi uch oNchamli obyektlar; - m olekular va atom nurli epitaksiya, gaz fazali epitaksiya, ion o ‘stirish va boshqa usullar bilan hosil qilinuvchi nanoqatlam lar - ikki o ‘lchamli obyektlar; - bir o ‘lchamli obyektlar - viskerlar; - nol oMchamli obyektlar - kvant nuqtalar. Nanotexnologiyalar oldidagi eng muhim masalalardan biri tabiatda m avjud biopolim erlam ing o ‘z-o‘zini tashkil etishiga o ‘xshash nanozar- ralam i o ‘z-o‘zidan tashkillanishidan iborat. QoMlanilishi nuqtayi nazaridan, jum ladan, nanoelektronikada eng qiziq va istiqbolli nanoobyektlar: - Uglerodli nanotrubkalar - odatda yarim sferik boshcha bilan tugallanuvchi va diametri bir nm dan bir necha nm gacha uzunligi bir necha sm ni tashkil etuvchi, bir yoki bir necha (ko‘p qatlamli nanotm bka) trubka shaklida o‘ralgan geksagonal grafit tekisliklar (grafen). - Fullerenlar - ju ft sonli uch koordinatali uglerod atomlaridan tuzilgan qavariq tutash ko‘pyoqliklar. - Grafen - uglerod atom larining m onoqatlami. Grafen xona tem peraturasida elektronlam ing yuqori harakatchanligiga, tuzilishi bo‘yicha noyob taqiqlangan zonaga ega va shuning uchun nisbatan arzon kremniyni almashtirish istiqboli mavjud. - N anokristallar - turli kristall nanozarrachalar - nanostezjenlar, nanosimlar, nanotrubkalar, nanolentalar, nanohalqalar, nanoprujinalar va boshqalar, m ikro va optoelektronikada, mikrosensorlarda, fotokatalizda, pyezoo‘zgartgichlarda va shunga o ‘xshashlarda istiqbolli. Barcha 342
nanozarrachalar kristall tuzilishga ega bo‘lgani sababli nanokristall va nanozarra sinonimlardir. Nanokristall atamasi bilan nanoobyektning kristalligiga qo‘shimcha urg‘u beriladi. Shu bilan birgalikda, oxirgi vaqtda nanokristall deb kristallga o ‘xshash ikki o ic h a m li va uch o ic h a m li nanozarrachalardan iborat tuzilm alar atala boshlandi, y a’ni ushbu atam a yangi m a’noga ega b o id i. - Nanoqurilm a, xususan, nanoelektronikada asosiy obyekt - elektron nanoqurilma. N a nooicham larga o ig a n d a modda xususiyati (nanoobyekt xusu- siyati) o ‘zgaradi. Birinchidan, moddalar hajm idagi atom larga nisbatan nanozarrachalar sirtidagi kimyoviy bogianishlari to‘yinmagan atomlar boshqacha xususiyatga ega b o ia d i. Mikrozarrachalarda sirtqi atom- lam ing nisbiy zichligi ulushi e ’tiborga olm asa b o iad ig an darajada kichik, nanozarrachalarda esa - sezilarli va hatto ko‘p bo ladi. Ikkinchidan, 12 mkm dan kichik oicham larda, elektr o‘tkazishning klassik
nazariyasi noto‘g ‘ri b o ia d i va
nanozarralar oich am i elektronning erkin yurish y o i i uzunligidan kichik b o ig a n i uchun Om qonuni buziladi. Elektronlar harakati ballistik b o iib qoladi. Uchin- chidan, nanotuzilm alarda elektronlar harakatining kvant tabiati va nanotuzi 1 m alam ing de - Broyl to iq in uzunligiga yaqin X=h/(mv) kichik
o ich am lari ham da elektronlar harakatining kvant tabiati bilan b o g iiq turli kvant - o ic h a m li effektlar kuzatiladi. M ikroelektronika o ‘zining yarim asrlik tarixi davomida IMSlar elementlari o icham larini kamaytirish y o iid a M ur qonuniga muvofiq rivojlanm oqda. 1999-yilda mikroelektronika texnologik ajratishning 100 nmli dovonini yengib nanoelektronikaga aylandi. Hozirgi vaqtda 45 nmli texnologik jarayon keng tarqalgan. Bu jarayon optik litografiyaga asoslanishini aytib o‘tamiz. M ikroelektron qurilmalar (IM Slar) yaratishning ananaviy, planar jarayon kabi, usullari yaqin 10 yillik ichida iqtisodiy, texnologik va intellektual chegaraga kelib qolishi mumkin, bunda qurilm alar o ic h a m larini kamaytirish va ulam i tuzilish m urakkabligining oshishi bilan harajatlam ing eksponensial oshishi kuzatiladi. M uammoni nanotexno logiyalar usullarini q o ila g a n holda yangi sifat darajasida yechishga to ‘g ‘ri keladi. M DYa tranzistorlarda zatvorosti dielektrigi an ’anaviy ravishda S i0 2 ishlatiladi, 45 nm o ich am li texnologiyaga o iilg a n d a dielektrik qalinligi 1 nmdan kichik b o ia d i. Bunda zatvor osti orqali sizilish toki ortadi. Kristallning 1 sm2 yuzasida energiya ajralish 1 kVtga yetadi. 343
Yupqa dielektrik orqali tok oqish m uam m osi S i0 2 ni dielektrik singdiruvchanlik koeffitsiyenti 8 katta boshqa dielektriklarga, masalan, e ~2(H-25 boNgan gafhiy yoki sirkoniy oksidlariga almashtirish yo‘li bilan hal etiladi. Kelgusida, tranzistor kanali uzunligi 5 nm gacha kamaytirilganda, tranzistordagi kvant hodisalar uning xarakteristikalariga katta ta ’sir ko‘rsata boshlaydi va xususan, stok - istok orasidagi tunnellashuv toki 1 sm 2 yuzada ajraladigan energiyani 1 kV t ga yetkazadi. Planar texnologiyaning zam onaviy prosessorlar, xotira qurilmalari va boshqa raqam li IM Slar hosil qilishdagi yutuqlari oMchamlari 90 nm, 45 nm va hatto 28 nm ni tashkil etuvchi IM Slar ishchi elementlarini hosil qilish imkonini yaratganligi bugungi kunda ko‘pchilik tadqi- qotchilar tom onidan nanotexnologiyalam ing q o ‘llanilish natijasidek qaralm oqdaligini aytib o ‘tamiz. Bu m avjud ISO /Т К 229 nuqtayi naza ridan to ‘g ‘ri. Lekin planar jarayon birinchi IM Slar paydo boMishi bilan, o ‘tgan asm ing 60-yillarida hech qanday nanotexnologiyalar mavjud bo‘lmagan vaqtda paydo bo‘ldi va shundan beri prinsipial o‘zgargani yo‘q.
Skanerlovchi tunnel mikroskoplar (STM ) havoda yoki vakuumda, xona tem peraturasida yoki past (kriogen) tem peraturalarda ishlaydi. STM lar elektr o ‘tkazuvchi qattiq jism lar yuzasini o ‘rganishga, masalan, IM Slar ishlab chiqarishdagi texnologik jarayonlam ing turli bosqich- larida asos sirtini nazoratlashga moMjallangan. STM larda sirti nazoratlanayotgan nam una bilan igna (elektr - kimyoviy usulda igna ko‘rinishiga olib kelingan volfram sim) orasiga (0,01 -М О ) V potensial farqi berilgan. Elektronlar tunnel tokini hosil qilgan holda namunadan ignaga tunnelashadi, shunday qilib, STM namunadagi elektronlar zichligini sezadi. Ikkita metall jism lar orasidagi tunnel tok tunnel effekt formulasiga binoan quyidagi tenglama bilan ifodalanadi: / = / 0exp(-*AZ), к =
-JlmV !h. bu yerda, m - elektron massasi, AZ - o ‘rganilayotgan nam una va igna orasidagi masofa,
- Plank doimiysi, V - berilgan kuchlanish, I 0 - sirt turiga bog‘liq o ‘zgarm as qiymat. M asofa 10 A dan kichik bo‘lganda tunnel to k qiymati odatda 1-И000 pA ni tashkil etadi. Skanerlash jarayonida igna nam una sirti bo‘ylab harakat qiladi. Bunda tunnel tok qiymati teskari elektron aloqa hisobiga o ‘zgarm as saqlanib qoladi. Pyezoelektrik dvigatelga (X,Y, Z - pozitsionerga) berilgan boshqaruvchi 344
potensiallar skanerlaganda yozib olinadi va nam una sirtdagi balandliklar kartasini hosil qilish uchun ishlatiladi. STM nam una sirtiga adsorbsiyalangan m olekula va boshqa nanoobyektlami oTganish uchun ishlatilishi mumkin. -V
13.1-rasm. Skanerlovchi tunnel mikroskop tuzilishi. Atom -
kuch mikroskop (AKM). STM ning asosiy kamchiligi nam una material iga qo‘yiladigan talab - uning, albatta, elektr o ‘tkazuv- chan bo‘lishi shartligi bilan bogMiq. AKM da (13.2-rasm) kantilevir ignasining Van - der Vaals kuchlari ta ’sirida yuzaga nisbatan tortilishi yoki itarilishi ishlatiladi. Odatda asbobda olmos igna ishlatiladi. K antilevir ignasi va nam una sirti atomlari orasidagi masofa bir angestrem ga yaqin b o ‘lganda itarish kuchlari, undan katta masofalarda esa tortishish kuchlari ta ’sir etadi (13.3-rasm). Shunday qilib, AKM yordam ida o ‘rganilayotgan nam una materiali elektr o‘tkazuvchanligi ixtiyoriy boTishi mumkin. M axsus kantilevirlar ishlatilgan holda sirtning elektr va magnit xususiyatlarini o ‘rganish mumkin. AKM da o ‘rganilayotgan nam una «ta’sirlashuv kuchi teng yuzalar» bo ‘ у lab skanerlanadi. AKM 1986-yilda AQShda Gerd Binning va K ristof Gerberlar tom onidan ixtiro qilingan. AKM sirt notekisliklarini o ‘rganish uchun
va yuzadagi nanoobyektlami manipulatsiyalash uchun qo‘llaniladi. 345 elektr signal lazerdan kelayotgan nur olmos igna 13.2-rasm. Atom - kuch mikroskop tuzilishi. Zondning chetlashuvi siljishlam i o ‘lchovchi asbob, masalan, optik sensor yordamida qayd qilinadi. AK M lar havoda yoki suyuqlikda ishlashi mumkin. Suyuqlikda ishlashi DNK molekulalarini, to‘qimasimon m em branalam i, oqsillam i, am inokislotalar kristallarini va boshqa m akrom olekulalam i o ‘rganishda, ayniqsa, muhim. 0 ‘ta yuqori vakuum sharoitida A K M atomlar darajasida ajratish imkoniga ega.
13.3-rasm. Atom lar orasidagi o ‘zaro ta ’sirlashuv kuchlari. Molekular - nurli epitaksiya (M NE). M N Eda qizdirgichda bug‘latilgan elem entar kom ponentalar m olekulyar dasta ko‘rinishida monokristall asos sirtiga o ‘tkaziladi (13.4-rasm). 346
r — 1 qizdirgich spirali I
' InP asos dastadugi atomlar harakati yo’tialishi \
4 mexanik zatvorlar Tc {tellur manbai ) . P ( fosfor ' As m anbai )
13.4-rasm. InP asosda InP, GalnA s, GalnA sP birikm alar o ‘stirish uchun m olekular - nurli epitaksiya qurilmasi tuzilishi. (ia [galUy m anbai) Rasmda InP va G alnA sP birikmalarini va GalnA sP/InP getero- o ‘tishlam i hosil qilish uchun zarur asosiy elem entlar keltirilgan. Birik- m alam i hosil qilish jarayoni o‘ta yuqori vakuum 10"6 + 10"8 Pa sharoitida am alga oshiriladi. Bunda asos temperaturasi (400 800) °C ni tashkil etadi. Hosil qilinayotgan epitaksial qatlam tarkibi qizdirgichlar tempe- raturasini o ‘zgartirib boshqariladi. Qatlam lar o ‘stirish jarayonining iner- siyasiz boshqarilishi qizdirgich bilan asos orasida joylashgan to ‘sqichlar yordam ida am alga oshiriladi. M NEda jarayon past tem peraturalarda amalga oshiriladi. Bu asosdan kiritmalar difTuziyalanishini va avtolegirlashni kamaytiradi, sifatli yupqa epitaksial qatlam lar hosil qilish imkonini beradi. Legirlash (m etallaoorganik birikmalardan epitaksiya qilishdan farqii ravishda) jarayoni inersiyasiz amalga oshgani munosabati bilan murakkab taqsim- lanishiga ega legirlashni amalga oshirish mumkin. M NEda epitaksial qatlam ning o ‘sish tezligi taxminan 1 monoqatlam/s yoki Imkm/soatni tashkil etadi. Bu esa o ‘z navbatida qalinligi atom qatlamni tashkil etuvchi kristall qatlam lam i ishonchli ravishda olish imkonini yaratadi. M NEda epitaksial qatlam parametrlarini bevosita o‘stirish jarayonida o ‘lchash mumkin. Buning uchun M NE qurilmasi tarkibida qaytgan elektronlar difraksiyasini tahlil qiluvchi qurilma, mass - spektrometr, sochiIgan ionlar oje - spektrlarini tekshirish imkonini beruvchi oje - spektrom etr mavjud. 347
Metall —
organik birikmalardan (M OB) epitaksiya qilish. MOB
epitaksiya qilish usuli epitaksial qatlam o ‘stiriladigan zonaga tashuvchi - gaz oqimi yordam ida tashkil etuvchi kom ponentalam i uchuvchi m odda (yoki birikm a) shaklida elitishdan iborat. Reaktorda, odatda yuqori tem peratura ta ’sirida elitilgan m ateriallar parchalanadi va m onokristall asos sirtiga epitaksial qatlam ko‘rinishda o ‘tkaziladi. MOB epitaksiyaning asosiy afzalliklari: - o ‘sish tezligi katta boMishi bilan o‘stiriladigan qatlam lam ing yuqori sifatliligi; - M NEga nisbatan iqtisodiy afzalligi, chunki yuqori vakuum talab etilmaydi; - M NEga nisbatan kattaroq texnologik im koniyatlarga egaligi; - keskin chegaralarga ega geterotuzilm alar hosil qilishga yaroqli texnologiyaga egaligi.
Tuzilm a tashkil etuvchilarini to ‘g ‘ri keluvchi m atrisada talab etilgan tartibda m ajburlab joylashtirish kimyoviy yig ‘ish deyiladi. Biomolekulalami kimyoviy y ig ‘ish jarayoni tirik organizm larda sodir bo‘ladi. Yaqinda chiziqli va stereoregular pxilimerlaming sun’iy sintezi am alga oshirildi. B unda m onom erlar molekulalari qat’iy aniqlangan yo‘nalish olar edi. K im yoviy yig ‘ish usullarining biri m olekular qatlam lashish usulidan iborat bo‘lib, qattiq asos - m atrisa sirtiga talab etilgan kim yoviy tarkibli monoqatlam tuzilm a birikmalarini ketm a-ket o ‘stirishdan iborat. M olekular qatlam lashish usuli bilan nanoqatlam lar atomlarini kimyoviy reaksiyalam ing berilgan dasturi asosida ko‘p martalab qaytargan holda bittalab kim yo viy yig ‘ish m umkin. Hozirgi vaqtda ushbu usuldan m ikroelektron asboblam i keyingi mikrom iniatyurlashda foydalanish imkoniyatlari o ‘rganilmoqda.
IM Slar elem entlari o ‘lchamlarini kichiklashtirishda litografiyaning ajratuvchanligi
belgi- lovchi texnologiya sifatida xizm at qiladi va u Reley form ulasidan topilishi mumkin: R =
kl/JNA, bu yerda, NA=n sina - optik tizim ning sanoq aperturasi, Я - m anbaning to iq in uzunligi,
litografiya jarayoni xususiyatlariga b o g iiq koeffitsiyent. Shunday qilib, ajratuvchanlik litografiyada q o ilan ilay o t- gan yorituvchi m anbaning to iq in uzunligiga proporsional. 348
T o‘lqin uzunligi 248 nm ni tashkil etuvchi ultrabinafsha (UB) nurlanishdan foydalanilganda mikroelektronika litografiya ajratuvchan ligi 180 nm ni tashkil etuvchi texnologiya (Deep Ultra Violet (DUV) - litografiya) ga ega bo‘ldi. Bugungi kunda ilg‘or kompaniyalar manba to ‘lqin uzunligi chuqur UB diapazonida boNgan (193 nm li) qurilmalardan foydalanm oqdalar. Litografiyaning ajratuchanligi immers texnikadan foydalanilganda ortadi. Immersion litografiyada obyektiv- ning tashqi linzasi va kristall orasidan uzluksiz ravishda yorug‘lik nurini sindirish ko‘rsatkichi birdan katta bo‘lgan suyuqlik oqib o ‘tadi. Sanoq aperturasi immersion m uhit sindirish ko‘rsatkichiga proporsional bo‘lgani sababli ortadi. Hozirgi zam onda immersion suyuqlik sifatida suv ishlatiladi. Sindirish ko‘rsatkichi n =1,6
1,8 bo‘lgan
suyuqliklardan foydalanish nazarda tutilmoqda. 13.5-rasm. Optik litografiya sxemasi. A - ko‘pqatlam li Si - Mo o ‘ta panjaralar asosidagi ko‘zgu. DUV texnologiyani alm ashtirishga to ‘lqin uzunligi 13,5 nmli ekstremal UB sohasidagi litografiya (inglizcha atam a Extra Ultra Violet (EUV) - litografiya) kelm oqda. U 10 nm ajratuvchanlikka erishish imkonini beradi. Oddiy sindiruvchi optika to ‘lqin uzunligi 13,5 nmni tashkil etuvchi nurlar bilan ishlay olmaydi, chunki bunday nurlanish barcha materi- allarda intensiv yutiladi. Shuning uchun rentgen ko‘zgular qaytaruvchi optik tizim lar ishlatiladi. Rentgen ko‘zgular ko‘p qatlamli tuzilm alar (o ‘ta panjara) bo‘lib kremniy asosdagi kremniy - molibdendan iborat (13.5-rasm). 349
Grafen va nanotrubkalar nanoelektronika materiallari sifatida. G rafen deb sp2 bog‘lar orqali b o g ia n g a n uglerod atomlari monoqat- lam iga aytiladi. Grafen ikki o ‘lchamli kristall bo‘lib, ideal holda olti burchakli yacheykalardan tuzilgan b o ‘ladi. Grafitni m exanik shilish yo‘li bilan grafen hosil qilinadi. Grafen hosil qilishning boshqa usuli karbid krem niy kristallini term ik parchalashdan iborat. Grafen birinchi marta 2004-yilda olindi va hozircha yaxshi o ‘rganilm agan. X ona tem peraturasida zaryad tashuvchi lar harakatchanligi qiyma- tining kattaligi va elektronlaming ju d a oz issiqlik ajratib qarshilikka uchram ay (ballistik) harakatlanishi grafenni nanoelektronika uchun istiqbolli material sifatida qarashga olib keladi. Kremniy asosidagi elektronika tezkorligi bo‘yicha o ‘zining chegarasi - GGsli diapazonga erishdi. Grafen ishchi chastotalam i teragers diapazonga siljitish istiqboliga ega. 0 ‘lchamlari 10 nmli va undan kichik boMgan kremniyli tran zistorlarda elektronlam ing kanaldagi harakatining kvant xususiyatlari naom yon bo‘la boshlaydi va elektr o ‘tkazuchanlik xususiyatlari yom onlashadi. Grafen asosidagi tranzistor xususiyatlari o ‘zgarmagan holda 1 nm ga yaqin o ic h a m g a ega bo‘lishi mumkin. Lekin grafen asosidagi tranzistorlam ing o‘ziga xos kam chiliklari mavjud, ulami hal qilish texnologiyaga bog‘liq. Grafen asosidagi tranzistorlam ing asosiy kam chiligi shundan iboratki, unda tranzistom ing ochiq va berk holat- larini bir-biridan ajratish qiyin. G rafenda taqiqlangan zona bo‘lmagani sababli, zatvordagi kuchlanishni o‘zgartirib kanal qarshiligida farq hosil qilish qiyin. Lekin grafenda taqiqlangan zona hosil qilishning bir necha im koniyatalari mavjud va shular yordam ida tranzistor holatini boshqa rish m asalasi hal etilishi mumkin. Tarixan nanotrubkalar grafenga nisbatan ilgariroq sintez qilingan v a nanoelektronikada qoMlash nuqtayi nazaridan o ‘rganilgan edi. Uglerodli nanotrubkalar - silindr shaklida o ‘ralgan grafen varaqlar bo‘lib, ular barcha elektr afzalliklari ga ega. G rafenga nisbatan asosiy kamchiligi berilgan parametrli nanotrubkalam i hosil qilish qiyinligidan iborat, chunki m a’lum usullar bilan hosil qilingan nanotrubkalar turli diam etrlarga, xiralnostga, uzunlikka ega, ko‘pincha o ‘zaro agregat- siyalangan va uglerodning am orf form alari kiritm alariga ega. Nano- trubkalam ing elektronikada qo‘llanilishi nuqtayi nazaridan qaraganda boshqa kam chiligi o ‘tkazgichlar bilan ulangan joylaridagi katta energiya yo‘qotishlardan iborat. Shunday b o iis h ig a qaram asdan, shakllari va xiralnosti bir xil nanotrubkalar hosil qilish y o ‘lidagi ishlar davom 350
ettirilmoqda. Chunki ushbu param etrlar nanoelektronikada q o ila sh uchun belgilovchi hisoblanadi. Kvant kompyuterlar. Kvant kom pyuterlar g ‘oyasi sem nim hisob lanadi, chunki kvant dunyosiga xos parallelizm ga m uvofiq kvant hisob- lashlarning unumdorligi har qanday superkompyuterlar imkoniyatiga qaraganda yuqori. Kvant parallelizmining m a’nosi shundaki, alohida olingan kvant biti (kubiti) holatining o‘zgarishi chalkash (entangled) kvant holatlardagi barcha kubitlar tizimi holatlarining o ‘zgarishiga olib keladi. K vant kom pyuterlar oddiy kom pyuterlarni almashtirmaydi, ularni to ‘ldiradi. K vant kompyuterlar ba’zi muhim m asalalar yechimini tezlashtirish im koniyatiga ega. Muhim masalalarga m a’lumotlami shifrlash va deshifrovka qilish, real vaqt davom ida katta axborotlar oqimini qayta ishlash va saqlash, kvant fizikasi, kimyosi va biologiya m asalalarini yechish kabilar kiradi. Ushbu m asalalar kvant algoritmlari asosida yechilishi mumkin. Shunday qilib, kvant kom pyuterlar yaratish sohasida, kvant hisoblashlam i amalga oshirish nuqtayi nazaridan, to ‘g ‘ri keladigan algoritm lam i ishlab chiqish muammosi birlamchi hisoblanadi. N azariyaning am aliyotga nisbatan birinchiligini real ishlovchi kvant kom pyuterlarni yaratish jarayoni ham namoyon qilayapti. Q attiq jism li
mavjud kvant
kompyuterlar texnologiyalari m onoatom li texnologiyalardir. Bu texnologiyalar kristall m atrisada bir- biridan taxm inan 10 nm masofada atom lami (kvant tizimlar) joylash tirish m asalasiga keladi. 0 ‘zaro ta ’sirlashuvchi kvant tizim lar to ‘plamini am alga oshirishining boshqa usullari ham mavjud. Lekin asosiy muammo kvant hisoblashlarga yondash jarayonlar fizikasining yaxshi 0 ‘rganilm aganligida. Texnik yechilishi kerak bo‘lgan masalalar, masalan, elektron yoki yadro spini holatini o ‘lchash masalasi, kubitlar orasida chalkash holatlam i hosil qilish masalasi ham hozircha yechil- magan. A m alda ko‘p narsalam i am alga oshirish mumkin boTishiga qaramasdan, interpritatsiya (tushunilishi) qiyin natijalam ing n ech o g iik qim matligi nom a’lum. Har qanday bo‘lganda ham, chuqur izlanishlar va ham m adan a w a l nazariy izlanishlar zarur. 2 - 3 kubitli tizimlarda kvant hisoblashlar m uammosini prinsipial hal etish zarur. Keyinchalik ulam i m asshtablash mumkin. H ozir hosil qilingan kvant kompyuter chuqur sovutilgan (100 mK) dagina ishlaydi. Bu kubitlar kogerent holatini sekundlar atrofidagi m a’lum vaqt davomida saqlash uchun zarur. K vant kom pyuterlar hosil qilish, umuman olganda, tajribaning ko‘rsatishiga qaraganda, fan va texnikaning serxarajat masalasi ekan. 351
|
