Microsoft Word muhazire 12 ve 13-yeni docx



Yüklə 68,03 Kb.
Pdf görüntüsü
tarix05.02.2018
ölçüsü68,03 Kb.
#25428


85 

 

M Ü H A Z İ  R  Ə  - 12 - 13 

 

NANOTEXNOLOGİYALARIN TƏDBİQ SAHƏLƏRİ. 

NANOELEKTRONİKA:  

nanoobyektlər əsasında işləyən elektron qurğuları. 

 

       Hazirki  dövrdə nanotexnologiyalarin tədbiq sahələri dedikdə, fikrimizə bir 



çox elm sahələrinin gəlməsin baxmayaraq, bunlar içərisində informatika sahəsində, 

biologiysa sahəsində və tibb sahəsindəki nailiyyətləri xüsusi qeyd etmək lazımdır.  

       Bu  mühazirəmizdə biz nanotexnologiyaların  əsas tətbiq sahəsi olan 

nanoelektronikadan söhbət açacağıq. 

       Nanoelektronika elektron inteqral sxemlərinin yaradılmasında fiziki və 

texnoloji  əsasın hazırlanması ilə  məşğul olan müasir elektronikanın bir 

bölməsidir.  

       Nanoelektronikanın hazırkı dövrdə qarşısında duran əsas məsələlər  

1)

 

ölçüləri 100 nm-dən kiçik olan elementlərdən miniatür yeni elektron 



qurğularının hazırlanması; 

2)

 



bunun üçün üsul və texnologiyaların yaradılması; 

3)

 



və sonda bütün bunların inteqral sxemlər  şəklində birləşdirilməsindən 

ibarətdir.    

Nanoelektronika sahəsində çalışan mütəxəssislər qarşılarına qoyduqları 

məsələləri həll etmək üçün  mexanika, materialşünaslıq, fizika, kimya, biologiya 

və tibb sahəsində əldə edilən son nailiyyətlərdən lazımınca bəhrələnməlidirlər. İlk 

mühazirələrimizdə qeyd etdiyimiz kimi, nanotexnologiyaların tədqib sahəsindən 

asılı olmayaraq, bu texnologiyalar bütün təbiət elmlərini bir araya gətirir və hər bir 

istiqamətdə qarşıya qoyulan məqsədə çatmaq üçün,  bu nailiyyətlər birgə  tədbiq 

edilməlidir.   

       Müasir  elektronikanın qarşısında duran əsas məqsəd isə elektron 

qurğularının ölçü və kütlələrinin kiçildilməsindən ibarətdir. Yaxın tariximizə nəzər 

salsaq görərik ki, bu məqsədə müəyyən dərəcədə çatılmışdır. Belə  ki,   

elektrotexniki komponentlərdən elektron lampalarına, lampalardan tranzistorlara, 

tranzistorlardan inteqral sxemlərə ardıcıl texnoloji keçid müasir mobil telefonların, 

cib kompüterlərinin,  şəxsi tibbi aparatların və müasir insanın həyatında istifadə 

edilə bilən daha bir sıra qurğuların yaradlmasına güclü təkan vermişdi.      

       1965-ci  ildə  İntel kompaniyasının təsisçilərindən biri olan Qordon Mur 

maraqlı bir kəşf etdi. O gördü ki, inteqral sxemlərin elementlərinin tez-tez 

kiçildilməsi, sonradan onun adını daşıyan Mur qanununa tabe olur, yəni inteqral 

sxemdə elektron komponentlərinin yerləşmə (yığılma) sıxlığı təqribən hər 1,5-2 ilə 

2 dəfə artır ki, bu da öz növbəsində, hesablama gücünün və məhsuldarlığın 2 dəfə 

artımına gətirib çıxarır. Bu qanun, İntel kompaniyası  tərəfindən istehsal olunan 

bütün məhsullarda özünü tam doğruldur.  

       Lakin bu qanunauyğunluq sonsuzluğa qədər davam edə bilməz, yəni müasir 

mikrosxemlərin  əsasını  təşkil edən elementlərin ölçüləri müəyyən həddə  qədər 



86 

 

kiçildilə bilər. Onda belə bir sual verə bilərsiniz: “Hansı ölçülərə  qədər kişilmə 



mümkündür?”. Bu sualın cavabı da artıq fiziklərə  məlumdur. Bu gün müasir 

texnika nəzəri olaraq informasiyanı bir elektron vasitəsilə saxlamağa və ötürməyə 

yaxındır. Bu o deməkdir ki, inteqral sxemlərin elementlərinin ölçüləri bir neçə 

atom layı tərtibindən kiçik ola bilməz. Bu ölçülərdə bilirik ki, artıq klassik fizika 

qanunları öz mahiyyətini itirir və bu cür elementlər kvant mexanikası qanunlarına 

tabe olur. Ona görə  də nanotexnoloji nailiyyətlərin  əsasını  sırf kvant mexaniki 

hesablamalar təşkil edir. Əvvəlcə  həq hansı bir məqsədə çatmaq üçün kvan-

mexaniki hesablamalar aparılır; bunun mümkünlüyü nəzəri sübut edildikdən sonra 

isə texnologiyaların yaradılması istiqamətində araşdırmalara start verilir.  

 

Nanoobyektlər əsasında işləyən elektron qurğuları 

     

 Elektronikada nanoobyektlərdən – nanozərrəciklərdən, kvant nöqtələrindən, 



karbon nanoborularından və s. istifadə edilməsi inteqral mikrosxemlərdən inteqral 

nanosxemlərə keçməyə imkan verdi. Bu deyilənlərə  əyani misal olaraq 



birelektronlu tranzistoru göstərmək olar.  

       1986-cı ildə sovet fizikləri K.K.Lixaçov və D.V.Averin tərəfindən kulon 

blokadası effekti əsaslı birelektronlu tranzistorun yaradılması ideyası irəli sürülür. 

Kulon blokadası effekti kvant nöqtəsindən elektronun keçməsinin qarşısının 

alınması deməkdir, yəni elektronla kvant nöqtəsi arasında yaranan kontaktda 

elektronların itələnməsi baş verir. Kulon blokadası elektronun nöqtədən 

“uçmasını” və ora yeni elektronların “düşməsini” qoymur. Kulon blokadasını 

aşmaq üçün potensial çəpərin hündürlüyünü azaltmaq və elektronların enerjisini 

artırmaq lazımdır.    

 

 



 

Birelektronlu 

tranzistorun 

sxematik 

görünüşü 

 

 



 

 

 



          Sahə yarımkeçirici tranzistorlar kimi, birelektronlu tranzistor da 3 

elektroddan – mənbədən, sürgüdən və novdan ibarətdir. Elektrodlar arası oblasta 

əlavə olaraq metal, və ya yarımkeçirici “nanoadacıq” – nanozərrəcik, və ya 

nanoklaster elə yerləşdirilir ki, o elektrodlardan dielektrik layı ilə izolə olunmasına 

baxmayaraq, müəyyən  şərtlər daxilində orada elektronun hərəkəti mümkün olur. 

Mənbə ilə nov arasına gərginlik verdikdə, onlardan cərəyan keçmir. Çünki bu 

zaman nanozərrəcik elektronların hərəkətinin qarşısını almış olur. Cərəyanın 

keçməsi üçün tənzimləyici elektrod olan sürgüdə potensial o həddə qədər artırılır 




87 

 

ki, bu qiymətdə elektronların “blokadası” yarılır və dövrədə elektrik cərəyanı, 



elektronların bir-bir hərəkət etməsi hesabına, porsiyalarla axır. 

        Beləliklə aydın olur ki, sürgüdə potensialı tənzimləməklə elektronları bir-bir 

çəpərdən keçirmək mümkündür. Bu zaman nanozərrəciklərdə elektronların sayı 

10-dan çox olmamalıdır (say 10-dan az olduqda, nəticələr daha yaxşı olur). Buna 

isə 10 nm ölçü tərtibli kvant quruluşlarında nail olmaq olar. 

       Nanoobyektlər əsasında yaradılmış digər elektron qurğus isə rezonans-tunel 



diodudur.   

     


Rezonans-tunelləşmə hadisəsinin nəzəri izahı ilk dəfə 1958-ci ildə yapon 

tədqiqatçısı L.Esaki tərəfindən verilmişdir. Lakin təcrübi yolla rezonans-tunel 

diodları  və tranzistorları XX əsrin 90-cı illərində yarandı. Rezonans-tunel diodu 

mürəkkəb dövri quruluşa malik nanometr tərtibli qurğudur.  

 

 

Rezonans-tunel diodunun quruluşu (a) və onun 



volt-amper xarakteristikası (b)  

 

       Rezonans-tunel diodunun iş prinsipi, yəni, rezonans-tunel diodundan keçən 



cərəyanın qiyməti verilən gərginliyin qiymətindən birbaşa asılıdır. Belə ki, əgər 

verilən gərginlik kiçikdirsə  və potensial çəpərdən keçən elektronların enerjisi 

diskret səviyyənin enerjisindən azdırsa, onda axan cəyənanın qiyməti də kiçik 

olacaq (bax qrafikə). Elektronların enerjisi diskret səviyyənin enerjisinə  bərabər 

olduqda, cərəyan özünün maksimal qiymətini alacaq. Daha yüksək gərginliklərdə

yəni elektronların enerjisi diskret səviyyənin enerjisindən çox olduqda isə, cərəyan 

da azalacaq. Şəkildən göründüyü kimi,  rezonans-tunel diodunun volt-amper 

xarakteristikasında maksimumlar və mənfi differensial müqavimətli hissələr vardır. 

Bu isə çox səviyyəli məntiqi elementlərin, yaddaş elementlərinin və yüksəktezlikli 

generatorların yaradılması üçün vacib şərtdir.  

       Rezonans-tunel dioduna tənzimləyici elektrod əlavə etməklə, onu rezonans-

tunel tranzistoruna çevirmək olar.   

 

Nanokompüterlər 

       Nanotexnologiyaların digər tədbiq sahəsi nanokompüterlərin yaradılması ilə 

bağlıdır. Hazırki dövrdə nnanokompüterlərin yaradılması, informasiyanın müxtəlif 

cür ötürülməsindən asılı olaraq, bir neçə istiqamətdə aparılıq: kvant məntiqi əsaslı, 




88 

 

klassik məntiqi əsaslı, genetik, molekulyar-bioloji və molekulyar-mexaniki. Bu cür 



kompüterlərə V nəsil kompüterlər, və ya kvant kompüterləri də deyirlər. Belə 

hesab edilir ki, kvant kompüterlərinin iş prinsipi kvant-mexaniki effektlərdən və 

kvant alqoritmlərini realizə edə bilən hesablayıcı qurğudan ibarət olacaq, yəni bu 

kompüterlər kvant məntiqi əsasında işləyəcək. 

 Süni 

intellekt 



əsasında kompüter yaradılması ideyasına ilk dəfə 1980-ci ildə 

start verilmiş və bunu həyata keçirmək üçün Yaponiya dövləti tərəfindən təqribən 

500 milyon dollar xərclənmişdi. Lakin bu proqram çox kiçik zaman ərzində iflasa 

uğramışdır.  

 1997-ci 

ildə Cənubi Kaliforniya universitetinin professoru Leonard Adleman 

göstərir ki, içərisində DNT molekulu olan kiçik qurğu vasitəsilə adi kompüterlərdə 

olduğu kimi, klassik kombinasiya məsələlərini həll etmək mümkündür. Bu üsul 

DNT-metod adlandırılmış və müəyyən olunmuşdur ki, onunla məlum biokimyəvi 

reaksiyalar apardıqda, qısa zaman kəsiyində bütün mümkün həll variantlarını 

tapmaq olar. Bunun üçün lazım olan məlumatı kodlaşdıran DNT-molekulunu 

müəyyən etmək lazımdır. Lakin bu üsulun da öz çətinlikləri var; bunlardan biri 

ardıcıl olaraq uzun reaksiyaların aparılması ilə, digəri isə kompüterin öz 

kütləsindən qat-qat çox DNT molekulunun lazım olması ilə bağlıdır (təqribən 

Yerin kütləsi qədər). Lakin buna baxmayaraq, 2004-cü ilin aprel ayının 28-də bir 

qrup alim tərəfindən hüceyrə  səviyyəsində  şiş hüceyrələrini müəyyən edən və 

onları  məhv etmək üçün xüsusi dərman preparatlarını buraxmaq qabiliyyətinə 

malik DNT-kompüter yaradılmışdır. 

 Nanokompüterlərin yaradılması istiqamətində  tədqiqat işləri hal-hazırda 

geniş vüsət alıb. Artıq nanoprosessorun əsasını  təşkil edən nanotranzistorlar 

yaradılmışdır. Yəqin ki, yaxın gələcəkdə nanokompüterlər də yaranacaq. 

        


Kvant optoelektronikası 

       Optoelektronika fizika və texnikanın bir bölməsi olub, optik şüalanmanı 

elektrik cərəyanına və əksinə çevirən sahədir. 

     


 İnsan tərəfindən qəbul olunan informasiyanın 90%-dən çox hissəsini görmə 

optik informasiya təşkil edir. Hər gün küçədə  işıqforlarla və reklam ekranları ilə 

qarşılaşırıq, konsert və diskotekalarda lazer şounun  şahidi oluruq, evdə 

kompüterin, televizorun və mobil telefonların ekranına baxırıq və heç birimiz 

ağlımıza belə  gətirmirik ki, bütün qeyd etdiklərimizin  əsasını nanotexnologiyalar 

təşkil edir və onların iş prinsipi nanoobyektlərin bir sıra xassələri ilə bağlıdır. 

     Optoelektronik qurğuların tətbir sahəsi genişdir: 

 

fotoqəbuledicilər; işığı elektrik cərəyanına çevirir. İşığın təsiri altında 

müqavimətin dəyişmə prinsipi ilə işləyən fotoqəbuledici fotorezistor adlanır. 

 

işıqburaxan qurğular; cərəyanı  işıq  şüasına çevirir. Məsələn, 

elektrolüminessent indikatorları, yarımkeçirici işıq diodları və lazerlər. 

 

optocütlər – cüt işıqburaxan qurğu; elektrik dövrəsini izolyasiya etmək 

üçün istifadə olunur.  Bunlara misal olaraq “cərəyan-işıq-cərəyan” 

çeviricilərini göstərmək olar.   




89 

 

 



optoelektron inteqral sxemlər inteqral mikrosxemlər olub, optik düyünlər 

ilə komponentlər arasında optik əlaqə yaradır. 

      

       Nanotexnoloji  nailiyyətlərdən istifadə edən  ən geniş yayılmış qurğulardan 



biri də  p-n keçidi əsasında işləyən diodlar və lazerlərdir. Bu qurğuların 

hazırlanması p-n keçidləri əsasında koherent və qeyri-koherent (koherent omayan) 

şüalanma mənbələrinin yaradılması ilə bağlıdır. 

       Bilirik  ki,  koherent  dalğalar (latınca  coharent - əlaqədə olmaq deməkdir) 

işıq dalğalarının qərarlaşmış rəqslərinə deyilir. Tezlikləri və dalğa uzunluqları eyni 

olan işıq dalğaları koherentdir. 

     

İşıq diodlarını qeyri-koherent, lazerləri isə koherent işıq mənbələrinə misal 



göstərmək olar. 

İşıq diodları 

       Homogen  (eyni  materialdan  ibarət)  p-n keçidinin, yəni homokeçidlər 

əsasında yaradılmış işıq diodlarının iş prinsipini nəzərdən keçirək.    

       Qeyd etdiyimiz kimi, p-n keçidi o zaman homokeçid olur ki, burada p- və n- 

oblastları eyni materialdan ibarət olsunlar. p- və n- oblastları müxtəkif materialdan 

olduqda isə, belə keçid heterokeçid adlanır. 

     

İşıq dalğaları, cərəyan yalnız düz istiqamətdə axdıqda şüalanırlar. Bu halda 



elektronlar n-oblastından, deşiklər isə p-oblastından p-n keçid oblastına düşürlər.  

 

Homokeçid əsaslı y



⁄keç. işıqburaxan diodun quruluş sxemi 

 

       Məlumdur ki, hərəkətdə olan elektronun enerjisi kimyəvi rabitədə olan 



elektronun enerjisindən çox olduğu üçün, elektron və deşik toqquşduqda işıq 

kvantı  şəklində enerji ayrılır (bax şəklə). Aydındır ki, parlaqlıq dərəcəsi işıq 

diodundan axan cərəyanla mütənasibdir.  

       İlk yaşıl işıq diodları fosfid qalliumdan GaP, göy işıq diodları isə silisium 

karbiddən SiC düzəldilmişdir. Lakin bu materiallar aşağı intensivlikli şüalar 

buraxdıqları  və tez qızdıqları üçün, onlardan praktikada istifadə edilməsini 

çətinləşdirirdi. Mendeleyev cədvəlinin 

ΙΙΙ qrup elementlərindən nitridlərin 

xassələrinin tədqiqi göstərdi ki, bunlar işıq diodları üçün ən perspektivli materiallar 

ola bilərlər. Çünki onlar spektrin bütün görünən oblastında və ultrabənövşəyi 

oblastda (240 nm-dən 621 nm-ə kimi) şüalanmaq qabiliyyətinə malikdirlər. XX 



90 

 

əsrin 70-ci illərində IBM kompaniyasının bir qrup əməkdaşı  tərəfindən GaN 



epitaksial layları əsasında bənövşəyi və mavi diodlar yaradılır. Lakin bu diodlar da 

tez qızdıqları üçün, onlardan da praktikada istifadə etmək qeyri-mümkün oldu. 

Nanotexnologiyaların inkişafı ilə epitaksiya prosesinin təkmilləşdirilməsi hesabına 

digər materialardan ibarət altlıq üzərində 20-100 nm qalınlıqlı layların yaradılması, 

yeni nəsil diodların yaradılmasına geniş imkanlar açdı.  Bu cür quruluşlar sonralar 

heteroquruluşlar adlandırıldı. 1989-cu ildə Ş.Nakamura ilk dəfə olaraq GaN əsaslı 

heteroquruluş alır. Məhz bundan sonra GaInN-GaAlN heterokeçidli işıq diodları 

yaradılır. 

       Homokeçiddən fərqli olaraq, heterokeçidin p- və n-oblastını möhkəm 

lehimləmək olur. Lehimləmə - yarımkeçiriciyə, keçiriciliyin p və ya n tip olmasını 



müəyyən edən qarışığın  əlavə edilməsi deməkdir. Möhkəm lehimləmədə bu 

oblastların müqaviməti hiss olunacaq dərəcədə azalır. Ona görə də, homokeçiddən 

fərqli olaraq, cərəyan axanda daha az istilik ayrılır və  işıq diodu qızmır. Bundan 

başqa, bu işıq diodlarında elektron və deşiklərin konsentrasiyası da çox olduğu 

üçün, onların parlaqlığı da daha çox olur.  

 

Lazerlər 

 

       Koherent  işıq mənbələrinə misal olaraq lazerləri göstərmək olar. Lazer 



ingiliscə Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation sözlərinin baş 

hərfləri olub, hərfi tərcümədə  məcburi  şüalanma ilə  işığın gücləndirilməsi 

deməkdir, yəni məcburi  şüalanmadan istifadə edərək koherent işıq seli yaradan 

qurğuya lazer deyilir. Lazerlər qərarlaşmış dalğalar şüalandırır (eyni tezlikli, eyni 

dalğa uzunluqlu). Yarımkeçirici lazer ən kompakt, ekonomik hesab olunur. Məhz 

bu səbəbdən ondan CD- və ya DVD-pleyerlərdə, lazer printerlərində, və həmçinin, 

kompüterlərdə istifadə olunur. Telefon, internet, optik, və ya digər kabel rabitələri 

yarımkeçirici lazerlər hesabına sıçrayışla inkişaf etmişdir. Son 40 il ərzində 

yarımkeçirici lazerlər müxtəlif inkişaf mərhələlərindən keçərək, geniş  tətbiq 

sahəsinə  malik olmuşlar. 

       Yarımkeçirici lazerlərin iş prinsipinin fiziki əsasını induksiyalanmış 

şüalanma təşkil edir. Bu hadisənin qısa  şərhi belədir: Bilirik ki, atom bir haldan 

digərinə keçdikdə yaranan şüalanma spontan şüalanma adlanır. Müxtəlif atomların 

spontan  şüalanması qeyri-koherent baş verir, çünki hər bir atomda baş verən 

şüalanma bir-birindən asılı olmadan başlayıb-qurtarır.  

       1916-cı ildə A.Eynşteyn demişdir ki, elektronun üst enerji səviyyəsindən 

aşağı enerji səviyyəsinə foton şüalanması ilə keçməsi, tezliyi məxsusi keçid 

tezliyinə  bərabər xarici elektromaqnit sahəsinin təsiri ilə baş verir. Məhz bu cür 

şüalanma məcburi, və ya induksiyalnmış  şüalanma adlaır. Bu zaman 

həyəcanlanmış atomun fotonla qarşılıqlı  təsiri nəticəsində enerji və  hərəkət 

istiqaməti eyni olan foton-əkizlər yaranır.     



 

 

       



keçi

Bir t


tərəf

inten


pros

məs

      


olan

      


olur

müq


      

təcrü


F.A.

      


laze

səbə


ölçü

yara


pote

çuxu


yayı

  

   Heteroq



idindən dü

tərəfdən e

fdən isə 

nsivliyini 

sesi udulm

skunluq h

Yükdaş

n hala inv

Bu hald


r. Ona g

qayisədə, d

İşığın 

übi kəşfi



.Butayev t

Tədqiqa


rlərdən is

əb olur. H

ülərinin az

atmışdır. 

ensial çəp

urlarının) 

ılmasının 

quruluş əs

üz istiqam

elektron və

həyəcanl

və  şüala

ma prose

halı yaranır



şıyıcıların

vers məsku

da fotonla

görə  də 

daha çox b

invers  m

i 1951-ci

tərəfindən

atlar nəti

tifadə edi

eterokeçıd

zalmasını 

Bu cür 


pərlərlə  (

daxilində

qarşısını a

saslı yarım

mətdə cərə

ə deşik p-n

lanmamış 

anma güc


sinə güc 

r.  


 – elektro

unluq halı

arın qarşıs

fotonların

baş verir.

məskunluq 

i ildə  ru

n edilmişd

icəsində  m

lməsi cərə

dlərdən ist

isə ilk 

quruluşda

(GaN)  m

ə  cəmlən

alır. 

mkeçirici la



yan burax

n heteroke

elektron

cünü aşağ

gəlir (yə

onların ya

ı deyilir. 

sına çıxan 

n induksi

səviyyəl


us fiziklə

ir.  


müəyyən 

əyanın aza

tifadə etm

dəfə J.İ.A

a “artıq”(

məhdudlaş

nmiş olur

 

azerin iş p



xıldıqda ik

eçidə düşd

nlar işıq 

ğı salır.  C

əni onu 

arısından 

elektronl

iyalanmış 

li mühitl

əri V.A.F

edilmişd


almasına, 

məklə mini

Alferov  k

əlavə) yü

dırılan  a

r ki, bu 

prinsipini 

ki bir-birin

dükdə işıq

kvantların

Cərəyanı 

üstələyir) 



çoxu həyə

ların əksər

şüalanm

ərdən ke


Fabrikant,

dir ki, he

yəni min

imal cərəy

kəşf etmi

ükdaşıyıcı

aktiv obla

da onlar


nəzərdən 

nə rəqib p

q kvantı şü

nı udaraq

artırmaql

  və  nətic



əcanlanm

riyyəti həy

ma halı, 

eçərək gü

, M.M.V

eteroqurul



imal qiym

yanın və ak

iş  və ilk 

ılar hər  i

astın (In

rın  ətraf 

 

keçirək: p



proses ged

üalanır, dig

q,  şüalanm

la  şüalanm

cədə  inve

mış səviyyə

yəcanlanm

udulma 

üclənməsin



Vudinski 

luşlar  əsa

mət alması

ktiv oblas

heterolaz

iki  tərəfd

GaN kva

oblastlar



91 

p-n 


dir. 

gər 


ma 

ma 


ers 

ədə 

mış 


ilə 

nin 


və 

aslı 


ına 

tın 


zer 

dən 


ant 

rda 

Yüklə 68,03 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə