Одна из проблем в создании наноструктур - сборка компонентов в систему. Представление об использовании инструмента здесь не приемлемо. Действительно, как можно взять, переместить и точно поставить наноразмерный компонент на наноразмерную подложку? Германские ученые представляют себе процесс сборки в некоей жидкости, в которой плавают нанокомпоненты. Определенным образом ориентируясь, они подплывают к наноподложке и встают в нужные ее места, реализуя, таким образом, наносборку.
Другой принцип формирование сборок - использование биоэлектроники на основе молекул ДНК, способных стать основой компьютеров будущего. ДНК-чипы, которые также называют биочипами, уже сейчас являются частью биологических технологий в генетических исследованиях. ДНК-чипы состоят из молекул ДНК, которые располагаются на жесткой подложке (например, из кремния, стекла, пластика и т.п.). Технология ДНК-чипов может сыграть важную роль в реализации нанопроизводства.
Созданием ДНК-чипов занимаются некоторые крупные компании, включая Affymetrix, PE Applied Systems, HySeq, Nanogen, Incyle, Molecular Dynamics и Geometrix. В России такие чипы находятся на стадии научных исследований.
Электрически активные ДНК-чипы, которые генерируют контролируемые электрические поля в каждом пикселе, могут иметь потенциально перспективные приложения для нанопроизводств. Такие наноэлектронные устройства переносят заряженные молекулы, наночастицы, клетки и структуры наномасштаба к любому месту на поверхности устройства, формируя наносистему.
В вычислительных устройствах на основе ДНК электрические поля используются для регулирования процессов самосборки в заданных пикселях ДНК-чипа. Они также играют роль «материнских плат» для сборки молекул ДНК в сложные трехмерные структуры. Молекулы ДНК сами по себе обладают программируемыми и самоорганизующимися свойствами, поэтому их можно настроить для выполнения функций молекулярной электроники и фотоники.
Нанопровода
Методы очистки, распутывания, выпрямления и сортировки нанотрубок гораздо сложнее, чем методы выращивания кремниевых кристаллов. А создание электрических цепей на их основе - огромная техническая проблема, которую сейчас решают ученые и инженеры.
Гораздо проще работать с кремниевыми нанопроводами (нано-стержнями, или квантовыми проводами), которые являются следующим этапом развития кремниевой электроники. Как и нанотрубки, нанопровода могут образовывать сложные конфигурации из сверхмалых транзисторов, но они не обладают сверхвысокой прочностью нанотрубок. Нанопровода могут образовывать сложные системы с другими материалами. Кремниевые нанопровода научились делать благодаря огромным успехам современных электронных технологий. Дело в том, что ученые и инженеры могут контролировать их структуру и свойства так же, как делали это на протяжении многих лет.
Однако кремний - не единственный материал, пригодный для создания нанопроводов. Для разных целей могут применяться металлические или многослойные нанопровода из золота, меди или марганца. Нанопровода диаметром 12 нм можно использовать для оптических и электромагнитных систем, включая сенсоры и солнечные батареи.
Нанопровода создают в лабораториях с помощью подвешивания или напыления. В первом методе тонкий обычный провод подвешивают в вакуумной камере и уменьшают его толщину либо травлением, либо обстреливая его высокоэнергетичными частицами, либо вытягивая его из расплава.
Во втором методе напыленные нанопровода образуются на подложке, например, в виде ряда атомов металла на непроводящей поверхности. Это обычно достигается с помощью лазерной абляции («стирания») атомов нанопроводов.
Именно так получают нанопровода для полупроводниковых компонентов электрических схем.
Для создания компонентов электрических схем на основе нанопроводов отдельные нанопровода легируют, чтобы получить полупроводники n-типа или p-типа. Затем простой переход р-n-типа фиксируют посредством простого физического соединения провода р-типа с проводом n-типа или при помощи химического легирования различными примесями. За счет этого процесса переход р-n-типа можно получить с помощью всего одного провода. После создания переходов приступают к созданию логических затворов на основе нескольких переходов р-n-типа.
Несомненно, полупроводящие и проводящие нанопровода будут иметь огромное значение для будущих компьютеров, поскольку задействуют многочисленные преимущества нанотехнологий.