نانو سیستم الکترونیکی Nano Electronic System و نانو الکتروتکنیکال

نانو سیستم  Nano System عملکردی در مقیاس مولکولی است. این کار هم کارهای فعلی و هم مفاهیم پیشرفته تر را در بر می گیرد. به معنای اصلی آن ، فناوری نانو به توانایی پیش بینی شده برای ساخت اقلام از پایین به بالا ، با استفاده از تکنیک ها و ابزارهایی گفته می شود که برای ساخت محصولات کامل و با کارایی بالا تولید می شوند.نانو سیستم  Nano System ایده "مونتاژ" در مقیاس نانو را ارائه داد که می تواند کپی خود و خود را بسازد. از دیگر موارد پیچیدگی دلخواه با کنترل اتمی در نانو سیستم  Nano System ها بسیار گسترده و کاربردی میباشد. نانو کامپیوتر و نانو اسمبلر ها نیز زیر گروه نانو سیستم ها Nano System میباشند. نانو ذرات اجزای اصلی تشکیل دهنده تمام نانو سیستم ها  Nano system میباشند.برای تولید ذرات نانو با کمک فناوری نانو می توان در اتمها از طریق کنترل خصوصیات تغییراتی ایجاد کرد. زمانی که مواد در مقیاس نانو مطالعه و بررسی می شوند واکنش های و رفتار اتمها در مقایسه با حالتی که مطالعه در سطح مولکولی انجام می شوند کاملا متفاوت است چرا که در این قلمرو خصوصیات فیزیکی مواد تغییر می کند این درست مانند این است که در توپی را در محفظه ای بیندازید و توپی دیگری را از آن محفظه بیرون آورید. تفاوت در قلمرو نانو به اندازه ای است که حتی رنگ، نقطه ذوب، خصوصیات شیمیایی و غیره مواد در خارج از این محدوده کاملا متفاوت است.سیستم های نانو  Nano System از مواد آلی یا معدنی مختلفی تشکیل شده اند که قابلیت و ویژگی های آنها مانند اندازه آنها از 1 تا 100 نانومتر هستند. ذرات نانو اجزای اصلی تشکیل دهنده سیستم های نانو  Nano System میباشند .اولین توصیف گسترده نانو تکنولوژی به هدف خاص فناوری دستکاری دقیق اتم ها و مولکول ها برای ساخت محصولات در مقیاس کلان اشاره دارد که  به عنوان نانو سیستم  Nano System نیز شناخته می شود.

الگوی میکرو/نانو یکی از تکنیک های کوچک سازی الگوها است ، به ویژه برای لوازم الکترونیکی. امروزه با استفاده از لیتوگرافی نرم به استانداردی در مهندسی مواد زیستی و تحقیقات بنیادی در زیست شناسی سلولی تبدیل شده است. به طور کلی از روش های سنگ نگاری استفاده می کند اما تکنیک های زیادی توسعه یافته است. ساخت دسته ای ریزساختارها به یک الگوی الگوی سطح کم هزینه و توان بالا نیاز دارد.

الگوی میکرو/نانو یکی از تکنیک های کوچک سازی الگوها در طراحی نانو ساز هایی مانند نانو ترانزیستورها و نانو دیودها ، نانو سوئیچ ها و دروازه های نانولوژیکی ، به منظور طراحی رایانه های مقیاس نانو با قابلیت های مقیاس دوگانه بسیار مهم است. همه سیستم های بیولوژیکی زنده به دلیل برهم کنش های مولکولی زیر سیستم های مختلف عمل می کنند. اجزای سازنده مولکولی (پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک ، لیپیدها و کربوهیدرات ها ، DNA و RNA) را می توان به عنوان یک استراتژی الهام بخش در مورد چگونگی طراحی NEMS و MEMS با عملکرد بالا که دارای ویژگی ها و ویژگی های مورد نیاز هستند ، در نظر گرفت. علاوه بر این ، روشهای تحلیلی و عددی برای تجزیه و تحلیل دینامیک و هندسه سه بعدی ، پیوند و سایر ویژگی های اتمها و مولکولها در دسترس است. بنابراین ، الکترو مغناطیسی و مکانیکی ، و دیگر خواص فیزیکی و شیمیایی قابل مطالعه است. نانو ساختارها و نانو سیستم ها می توانند به طور گسترده در پزشکی و بهداشت مورد استفاده قرار گیرند. از جمله کاربرد های احتمالی فناوری نانو می توان به موارد زیر اشاره کرد: سنتز دارو و تحویل دارو (پتانسیل درمانی به دلیل تحویل مستقیم موثر انواع جدید دارو ها به محل های مشخص شده در بدن بسیار افزایش می یابد) ، جراحی نانو و نانو تراپی ، سنتز و تشخیص ژنوم ، محرک ها و حسگرهای مقیاس نانو (تشخیص و پیشگیری از بیماری) ، طراحی و کاشت اندامهای مصنوعی غیر قابل رد و طراحی نانو مواد با کارایی بالا میباشد.این مهم است که این فناوری ها ساخت و تولید مواد ، دستگاه ها و سیستم ها را  تغییر دهد.نانو لیتوگرافی شاخه ای از فناوری نانو است که به مطالعه و کاربرد نانو ساختار ساختارهای مقیاس نانومتری می پردازد ، به این معنی که نانو الگوهایی با حداقل یک بعد جانبی بین اندازه یک اتم جداگانه و تقریبا 100 نانومتر وجود دارد ، اما امروزه هر زمان که این اصطلاح با فناوری نانو مرتبط باشد ، چیزی متفاوت می فهمیم. نانو لیتوگرافی به عنوان مثال در هنگام نانوساختن مدارهای مجتمع نیمه هادی پیشتاز (نانو مدار) ، برای سیستم های نانوالکترومکانیکی (NEMS) یا تقریبا برای هر کاربرد اساسی دیگر در زمینه های مختلف علمی در زمینه نانو جستجو استفاده می شود.این فناوری می تواند در تولید نانو انواع مدارهای یکپارچه نیمه رسانا (IC) ، NEMS و برای کاربردهای مختلف در تحقیقات مناسب باشد. اصلاح تراشه های نیمه هادی در مقیاس نانو (در محدوده 10-9 متر) نیز امکان پذیر است.

ترانزیستور های نانو MOSFET) و Double Gate MOSFET (DG MOSFET) مورد شبیه سازی با ساختار DGMOSFET دارای Ioff کمتری نسبت به ساختار SOI میباشد . نسبت Ion/Ioff در ساختار DG بالاتر از ساختار SOI میباشد . اثر کاهش سد پتانسیل القا شده از درین (DIBL) در SOI MOSFET شدیدتر از DG MOSFET ساختاراست . DG` دارای قابلیت حرکت بالاتری نسبت به ساختار SOI میباشد.ترانزیستورهای MOS در مقیاس نانو برای استفاده در کامپیوترهای با مدار مجتمع الکترونیکی بسیار فشرده مورد استفاده قرار میگیرد . به منظور کوچک سازی بیشتر اجزای مدار به مقیاس نانو، شاید حتی مقیاس مولکولی، محققان چندین جایگزین برای ترانزیستور در مدار فوق فشرده، پیشنهاد داده اند.

این وسایل الکترونیک نانو مقیاس شبیه ترانزیستورهای حال حاضر، هم به عنوان سوئیچ و هم به عنوان تقویت کننده عمل می کنند. اما، بر خلاف ترانزیستورهای اثر میدانی امروزی، که بر اساس حرکت توده الکترون در ماده حجیم عمل می کند، وسیله جدید، از پدیده های مکانیک کوانتومی سود می برد که در مقیاس نانو اتفاق می افتد.در  ابتدا ترانزیستورهای معمول  و محدودیت های آن و مشکلات کوچکترسازی آنها مطرح می شود و برای حل این مشکل ترانزیستورهای حالت جامد که از اثرات کوانتومی در مقیاس نانو بهره می گیرند، و از این میان، نمونه ترانزیستور تونل زنی رزونانسی مورد استفاده قرار میگیرد.

کامپیوترهای الکترونیکی، خیلی قدرتمندتر از گذشته شده و ترانزیستورها به تدریج کوچکتر گردیده اند. به هر حال، کاهش در اندازه ترانزیستورهای اثر میدانی حال حاضر، در زمانی نه چندان دور به علت اثرات مکانیک کوانتومی و محدودیت تکنیک های ساخت، غیر ممکن خواهد بود.  در سال های آینده همین که تولید انبوه ترانزیستور از اندازه فعلی شان تا زیر 100 نانومتر کاهش می یابد، ساخت وسیله مشکل و گران می شود. به علاوه، دیگر نمی توانند به صورت مدار مجتمع فوق فشرده، به خوبی عمل کنند.برای غلبه بر این مشکل، اساسا دو کلاس اصلی از سوییچ های نانوالکترونیک مطرح هستند که به عنوان تقویت کننده نیز به کار می روند.

در علوم الکترونیک مبحث نانو حول محور  (حافظه های نانو ؛ نانو چیپ ها و تراشه های سریع نانو و قطعات الکترونیکی نانو) با وزن کمتر و کارایی بیشتر میگردد.

در فناوری نانو الکترونیک فرآیندهایی سطح زیر لایه (Si و Gi) از جمله سوزش توسط فناوری پلاسما و باریکه یونی صورت میگیرد. اینگونه مدارهای مجتمع با ویژگیهای منحصر به فرد خود در مقیاس نانومتری کاربردهای متنوعی از سیستمهای (مزوسکوپیک) دارند.

مشخصه یابی سیستمهای چند لایه ای Si /Gi اخیرا  در  زمینه تاثیر ولتاژ بایاس منفی بر بهبود خواص نانو الکتریکی و ساختاری سد نفوذی لایه اسپاترنیگ Taدر سیستم Si/Ta نانو وجود دارد . همچنین در فناوری طراحی قطعات نانو الکترونی با استفاده و ساخت لایه های نازک مورد نیاز در مدارهای مجتمع مذکور فقط در محیطهای تعریف شده توسط روشهای دقیق لایه نشانی نظیر لایه نشانی با باریکه مولکولی (MBE) و لایه نشانی با بخار شیمیایی مواد آلی فلزی (MOCVD) امکان پذیر است.اصولا اتصالات نیم رسانا - فلز جزء لازمه تمامی قطعات نانو الکترونیکی هستند. چگونگی و رفتار اتصالات نانو الکتریکی به غلظت سطح نیم رسانا (Si ) و (Gi) تمیزی سطح و واکنشهای بین فصل مشترک فلز - نیم رسانا بستگی دارد. بعد از ابداع نانو ترانزیستور  ، مفهوم و اهمیت مدارهای مجتمع روشن شد. پس از آن موفقیت بزرگ تجمع و اتصال تعداد بسیار زیادی از قطعات کوچک و اجزای الکترونیکی بر سطح زیر لایه تحول عظیمی در ساخت عملی مدارهای مجتمع بوجود آورد. با ابداع و رشد فناوری مینیاتور کردن قطعات نانو _ میکرو الکترونیکی استفاده از ساخت نانو سیستمهای کوانتومی تونل زنی در نانو دیودهای تشدید کننده ( SiوGi) و نانو قطعات دیگر  امکان پذیر باشد.با گسترش ، طراحی و ساخت نانو مدارهای مجتمع به ویژه افزایش انباشت قطعات در مقیاس خیلی بزرگ و تلاش برای کوچکتر کردن قطعات میکرو الکترونیکی ادامه یافت. از طرف دیگر تقاضای جدید برای ساخت مدارهای مجتمع به ویژه نانو مدارهای حافظه شامل نانو حافظه دینامیکی (DRAM) و حافظه استاتیکی (SRAM) با ویژگیهایی نظیر سرعت عمل بالا توام با کاهش اتلاف توان روز به روز بیشتر شد. در روند تکاملی فناوری فرامینیاتور کردن نانو قطعات الکترونیکی بویژه در هندسه و مقیاس زیر میکرونی کمتر از 2.0 میکرومتر یعنی حوزه فناوری طراحی قطعات نانو الکترونی و فناوری ساخت بر پایه نانو ساختار های Gi و Si نانو مدارهای مجتمع از پیچیدگی خاصی برخوردار است.