Наномеханизмдер мен наноқұрылғылар. Микро- және наноэлектромеханикалық жүйелер

Нанотехнологиялар дамуының негізгі бағыты түрлі типтегі наноқұрылымдарды интеграциялау мүмкіндігі және олардың негізінде наноқұрылғылар жасау, яғни функционалды құрылғылар жасау болып табылады. Бұл функционалды құрылғылар мөлшерін кішірейтуге ұмтылумен анықталады (мысалы, ғарыш кеңістігін меңгеру кезінде, ақпаратты технологияларда және т.б. қажет). Наноэлектромеханикалық жүйелерді жасаудағы екі негізгі тенденцияны атап көрсетуге болады: бар микроэлектротехникалық жүйелердің мөлшерін азайту және жаңа молекулалық қозғалтқыштар мен молекулалық электромеханикалық құрылғыларды өңдеп шығару. Сонымен қатар, белгілі биологиялық жүйелер - вирустар, бактериялар мен бір жасушалы микроағзалар негізіндегі репликация жүйелері мен роботтарды өңдеп шығаруға арналған жұмыстардың маңыздылығын айтып кету керек. Олардың электромеханикалық құрылғылармен үйлесімділігі. нанометрлі диапазондағы машиналар өндірісін жүзеге асыруға көмектесуі мүмкін.

Наноэлектромеханикалық жүйелерді жасаудың кең таралған тәсілі соңғы он жылдықта микрометрлі диапазонда өңделіп шығарылған электромеханикалық жүйелердің мөлшерін азайту болып табылады. Микромеханикалық жүйелер формалды түрде нанотехнология- лар диапазонына жатпаса да, микрообьектілердің механикалық қасиеттерін қысқаша қарастыру пайдалы, өйткені олар бүгінгі күні толық зерттелген, ол микроэлектромеханикалық жүйелерді жасау игеріліп біткен технологиялық үдеріс болып табылады. Сонымен қатар микромеханиканың көптеген ерекшеліктері нанодиапазонға көшірілуі мүмкін, бұл наномашиналарды құрастыруға негіз болуы мүмкін.

Микроэлектромеханикалық құрылғыларды жасау үшін қазіргі кезде CVD немесе электронды-сәулелі эпитаксия үдерістерімен үйлесімдегі литография технологиялары кеңінен қолданылады. Бұл технологиялар алдында кремний негізіндегі логикалық тізбектерді жинақтау кезінде қолданыс тапқан. Осыған байланысты микрометрлі мөлшерлі компоненттері бар механикалық құрылғыларды өңдеп шығару мен өнеркәсіптік өндіріске енгізуге мүмкіндік берген өндірістің кең инфрақұрылымы дамытылды.

Микро- және наноэлектромеханикалықк жүйелер (МЭМЖ және НЭМЖ) механикалық деформация нәтижесі ретіндегі электрлік белгіге немесе берілген электрлік потенциалға механикалық жауапты болжай- ды. НЭМЖ-дің негізгі артықшылықтары миниатюризация мен белгілі микроэлектроникасы бар кұрылғыларды тура интеграциялау мүмкіндігі болып табылады.

Бірақ машиналардың макро- және микроәлемдегі механикалық әрекетіне үйлесінің біршама артуына және үйкеліс күштерінің инерция күштеріне қатысты басым болуы әкеледі. Нанодеңгейде бұл ерекшеліктер бұданда айрықша болады. Мысалы, үстел бетінде жатқан допқа және кремний монокристалының бетіндегі фуллерен молекуласына айналмалы қозғалыс бергеннен кейінгі инерцияны өлшеуге жұмсалған уақыттар бірнеше ретке ерекшеленеді. Осыған байланысты жүйенің механикалық әрекетін аныктайтын сипаттамалық шамаларды қарастыру қызығушылық тудырады. Әдетте бұл шамалар бәсекелес үдерістердегі күштер (немесе энергиялар) тиімділіктерінің арақатынасын көрсетеді. Жүйенің жалпы механикалық әрекетін сақтау үшін мұндай арақатынастар оның параметрлеріне тәуелсіз тұракты болуы қажет. Жүйе масштабына тәуелді күштер арақатынасы пропорционалды миниатюризация заңдары атына ие болды. Осы арақатынастарды нақтырақ қарастырайык: