Розділ 8.4: Наноелектроніка: квантові точки, спінтроніка та нейроморфні обчислення

Наноелектроніка — це галузь нанотехнологій, яка займається вивченням і застосуванням електронних пристроїв і систем у нанометровому масштабі. Історія наноелектроніки починається з винаходу першого транзистора вченими Bell Labs Джоном Бардіном, Уолтером Браттейном і Вільямом Шоклі в 1947 році. Транзистор став революційною розробкою в електроніці, замінивши громіздкі та ненадійні вакуумні трубки меншими, більшими ефективні твердотільні пристрої. Винахід транзистора проклав шлях до розробки інтегральних схем (ІС), які є основою сучасних електронних пристроїв, таких як смартфони, комп’ютери та інша побутова електроніка.

Перша мікросхема була розроблена в 1958 році Джеком Кілбі з Texas Instruments і Робертом Нойсом з Fairchild Semiconductor. ІС Кілбі була зроблена з германію та складалася з транзистора та кількох інших компонентів, тоді як ІС Нойса була зроблена з кремнію та використовувала процес, який називається планарною технологією, що дозволяло виготовляти більш складні схеми. Планарна технологія передбачала використання фотолітографії для витравлювання візерунків на тонкому шарі діоксиду кремнію поверх кремнієвої пластини, дозволяючи створювати кілька шарів електронних компонентів на одному чіпі.

У 1970-х і 1980-х роках прогрес у техніці нанофабрикації дозволив розробити менші та швидші мікросхеми. Ці досягнення включали використання реактивного іонного травлення, яке дозволяло створювати менші та точніші деталі на чіпі, а також використання електронно-променевої літографії, яка дозволяла створювати субмікронні деталі.

У 1990-х і 2000-х роках галузь наноелектроніки почала зосереджуватися на вивченні квантових ефектів, які відбуваються в нанометровому масштабі. Це призвело до розробки нових електронних пристроїв і систем, таких як квантові точки, які є нанорозмірними напівпровідниками, які демонструють унікальні електронні властивості завдяки квантовому обмеженню, і спінтроніка, яка використовує спін електронів, а не їх заряд для зберігання та обробки інформації.

Зовсім недавно галузь наноелектроніки також почала досліджувати розвиток нейроморфних обчислень, які прагнуть імітувати структуру та функції людського мозку за допомогою електронних пристроїв і систем. Нейроморфні обчислення розглядаються як багатообіцяючий підхід до штучного інтелекту та машинного навчання, і дослідники зараз досліджують використання наноелектроніки для розробки нових нейроморфних обчислювальних пристроїв і архітектур.