Виктор Балабанов - Нанотехнологии. Правда и вымысел

Уже создано несколько материалов, позволяющих производить покрытия, которые обладают свойствами «маслобоязни». Они не увлажняются ни водой, ни маслом и могут квалифицироваться как ультрафобные материалы и покрытия.

Вице-премьер правительства России С. Иванов заявил, что пять российских компаний, получивших поддержку в рамках важнейших инновационных проектов, уже производят нанопродукцию в объеме более 8 млрд рублей в год. «Это не “нанопурга”, как иногда говорят критики», – отметил С. Иванов. Например, на «Северстали» уже приступили к серийному производству уникальных сплавов с двукратным улучшением эксплуатационных свойств. Эти материалы предназначены для сооружения конструкций, эксплуатируемых в экстремальных условиях, в частности при разработке нефтегазовых месторождений отечественного арктического шельфа. В настоящее время объем продаж составляет около 2 млрд рублей в год, но он может быть увеличен более чем в 100 раз.

Одним из направлений современных практических исследований, где нанотехнологии позволили добиться значительных результатов, является наноинженерия поверхности – научнопрактическая деятельность человека по конструированию, изготовлению и применению наноразмерных объектов и структур с заданными (прочностными, триботехническими, самоочищающимися и т. д.) свойствами либо аналогичных объектов или структур, созданных методами нанотехнологий.

Фактически область, которую в настоящее время принято называть нанотехнологией в нашей стране, является наноинженерией и, частично, наноиндустрией на начальной стадии развития.

Рассматривая нанотехнологию (наноинженерию объектов) по Дрекслеру, следует иметь в виду, что именно это и называется технологией «снизу вверх», при которой более сложные объемы строятся из отдельных атомов, молекул и наноструктур. В отличие от такого подхода, технология «сверху вниз» предполагает получение малых изделий из больших объемов конструкционного материала.

По второму пути человечество следует со времен своего возникновения. Первобытной человек из большого камня путем неимоверных усилий изготовлял себе наконечник для стрелы, затем топор или мотыгу. Одного неверного движения было достаточно, чтобы многодневный труд пришел в негодность. Современное производство, особенно машиностроение, не говоря уже о ремонтном производстве, недалеко ушло с нижнего уровня в направление «верхних» технологий по Дрекслеру. При изготовлении ряда деталей в процессе механической обработки до четверти объема материала заготовок переводится в стружку.

Среди методов наноинженерии изделий главное место принадлежит созданию различных наноструктур и нанообъектов методами силовой зондовой микроскопии (СЗМ), основные методы которой представлены в табл. 11.

Таблица 11. Прикладные методы силовой зондовой микроскопии

С момента создания сканирующего туннельного, а затем и атомного силового микроскопа эти приборы из аналитических установок превратились в инструменты локального модифицирования и структурирования поверхностей на нанометровом уровне. Основные факторы данных технологических процессов определяют локальные электрические поля (сравнимые с внутримолекулярными и атомными), супервысокие плотности токов и вызываемое ими электродинамическое воздействие, а также сверхплотные локальные потоки теплоты и механические деформации.

Раздельное или совместное действие этих факторов может приводить к регистрируемой локальной наномодификации или наноструктурированию поверхностей. При использовании сканирующих зондовых микроскопов как источника электронов для экспонирования электронорезистов и последующего проявления в стандартных растворах достигается разрешение до 50 нм. Так, методом, основанным на переносе молекул с зонда на подложку посредством диффузии через мениск воды, разъединяющий зонд и подложку, были нанесены линии до 12 нм на расстоянии 5 нм одна от другой.

Путем термомеханического стимулирования фазового перехода «полимер – стекло» обеспечивается формирование углублений в пленках поликарбоната размером до 100 нм. Термомеханическая литография является базовой идеей создания терабитных запоминающих устройств, разработанных компанией IBM.

Широкое распространение в зондовой литографии получил метод локального зондового окисления (оксидирования), который позволяет создавать оксидные области с типичными линейными размерами 3 нм (рис. 59).

Рис. 59. Схема процесса локальной нанолитографии (оксидирования)

Локальный управляемый межэлектродный поатомный массоперенос с применением силового туннельного микроскопа – в настоящее время единственный метод получения предельной миниатюризации при формировании наноразмерных объектов. Пример полученного изображения был ранее представлен на рис. 4, при этом полутона формируются поточечным оксидированием (с различным потенциалом) поверхности.

В настоящее время рассматриваются некоторые потенциальные технологии создания наноэлектрических приборов: лазерная 193-нм литография, имеющая возможности преодолеть дифракционный предел, экстремальная ультрафиолетовая литография (ЭУФЛ) с длиной волны 13 нм, а также печатная литография (наноимпринтинг).

В августе 2006 года в Колледж научных наноисследований и разработок (College ofNanoscale Science andEngineering (CNSE)) при Университете Олбани (США) голландской компанией ASML совместно с Nikon впервые в мире были поставлены установки ЭУФЛ – Alpha Demo Tool (ADT) стоимостью 65 млн долларов. Это оборудование было предназначено не для производства, а только для исследовательских целей. Установку интегрировали в нанотехнологический комплекс (Albany NanoTech Complex) международного промышленно-университетского консорциума International Venture for Nanolithography (Invent). Членами глобального консорциума Invent являются такие лидеры мирового рынка электронной техники, как IBM, AMD, Qimonda и Micron Technology. При этом в выполнении исследовательских программ ЭУФЛ в CNSE намерены также принять участие японские компании Sony и Toshiba.

Следующую демонстрационную ЭУФЛ-установку компания ASML поставила в бельгийскую исследовательскую организацию IMEC , которая заключила соглашение о совместном проведении экспериментов в области ЭУФЛ с исследовательской группой IMEC и американским CNSE. Вначале исследования будут проводиться в США на Олбанском нанотехнологическом комплексе CNSE, а затем – отдельными исследовательскими центрами в зависимости от готовности к работе соответствующего оборудования.

Читать дальше