नैनो इलेक्ट्रॉनिक्स: Difference between revisions

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'''नैनो इलेक्ट्रॉनिक्स''', इलेक्ट्रॉनिक घटकों में नैनो तकनीक के उपयोग को संदर्भित करता है। इसमें  विभिन्न प्रकार के उपकरणों और सामग्रियों को सम्मिलित  किया गया है, सामान्य विशेषता, कि वे इतने छोटे हैं कि अणु के बीच की परस्पर क्रिया और [[क्वांटम यांत्रिकी|क्वांटम यांत्रिक]] गुणों का बड़े पैमाने पर अध्ययन करने की आवश्यकता है। इनमें से कुछ को सम्मिलित  किया गया है जैसे: हाइब्रिड आणविक/अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक्स, एक-आयामी नैनोट्यूब/नैनोवायर (जैसे सिलिकॉन नैनोवायर या कार्बन नैनोट्यूब) या उन्नत आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स है।
नैनो इलेक्ट्रॉनिक्स, इलेक्ट्रॉनिक घटकों में नैनो तकनीक के उपयोग को संदर्भित करता है। इसमें  विभिन्न प्रकार के उपकरणों और सामग्रियों को सम्मिलित  किया गया है, सामान्य विशेषता, कि वे इतने छोटे हैं कि अणु के बीच की परस्पर क्रिया और [[क्वांटम यांत्रिकी|क्वांटम यांत्रिक]] गुणों का बड़े पैमाने पर अध्ययन करने की आवश्यकता है। इनमें से कुछ को सम्मिलित  किया गया है जैसे: हाइब्रिड आणविक/अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक्स, एक-आयामी नैनोट्यूब/नैनोवायर (जैसे सिलिकॉन नैनोवायर या कार्बन नैनोट्यूब) या उन्नत आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स है।


नैनोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में महत्वपूर्ण आयाम होते हैं जिनकी आकार सीमा 1 एनएम (नैनोमीटर) और 100 एनएम (नैनोमीटर) के बीच होती है।<ref>{{cite journal |last1=Beaumont |first1=Steven P. |title=III–V Nanoelectronics |journal=Microelectronic Engineering |date=September 1996 |volume=32 |issue=1 |pages=283–295 |doi=10.1016/0167-9317(95)00367-3 |issn=0167-9317}}</ref> हाल ही में सिलिकॉन मॉसफेट (धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव [[ट्रांजिस्टर]], या MOS ट्रांजिस्टर)  तकनीकी (टेक्नोलॉजी) जेनरेशन पहले से ही इस प्रवृति में समाहित हैं, जिनमें 22 एनएम (नैनोमीटर) प्रक्रिया शामिल हैं। जिसमें 22 नैनोमीटर सीएमओएस (CMOS) (पूरक MOS) नोड्स और 14 एनएम (नैनोमीटर) , 10 एनएम (नैनोमीटर) और 7 एनएम (नैनोमीटर) फिनफेट (फिन फील्ड-) सम्मिलित हैं। नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स को कभी-कभी विघटनकारी तकनीक के रूप में माना जाता है क्योंकि वर्तमान में पारंपरिक ट्रांजिस्टर से काफी अलग हैं।
नैनोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में महत्वपूर्ण आयाम होते हैं जिनकी आकार सीमा 1 एनएम (नैनोमीटर) और 100 एनएम (नैनोमीटर) के बीच होती है।<ref>{{cite journal |last1=Beaumont |first1=Steven P. |title=III–V Nanoelectronics |journal=Microelectronic Engineering |date=September 1996 |volume=32 |issue=1 |pages=283–295 |doi=10.1016/0167-9317(95)00367-3 |issn=0167-9317}}</ref> हाल ही में सिलिकॉन मॉसफेट (धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव [[ट्रांजिस्टर]], या MOS ट्रांजिस्टर)  तकनीकी (टेक्नोलॉजी) जेनरेशन पहले से ही इस प्रवृति में समाहित हैं, जिनमें 22 एनएम (नैनोमीटर) प्रक्रिया शामिल हैं। जिसमें 22 नैनोमीटर सीएमओएस (CMOS) (पूरक MOS) नोड्स और 14 एनएम (नैनोमीटर) , 10 एनएम (नैनोमीटर) और 7 एनएम (नैनोमीटर) फिनफेट (फिन फील्ड-) सम्मिलित हैं। नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स को कभी-कभी विघटनकारी तकनीक के रूप में माना जाता है क्योंकि वर्तमान में पारंपरिक ट्रांजिस्टर से काफी अलग हैं।
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=== नैनोफैब्रिकेशन ===
=== नैनोफैब्रिकेशन ===
{{main|Nanocircuitry|nanolithography}}
उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर में एकल इलेक्ट्रॉन पर आधारित एक ट्रांजिस्टर ऑपरेशन होता है। नैनोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम भी इसी श्रेणी के अंतर्गत आते हैं। अलग-अलग नैनोवायरों को संश्लेषित करने के विकल्प के रूप में नैनोफाइब्रिकेशन का उपयोग नैनोवायरों के अल्ट्राडेंस समानांतर सरणियों (अरैज़) को गढ़ने के लिए किया जा सकता है।<ref>{{cite journal |first=N. |last=Melosh |author2=Boukai, Abram |author3=Diana, Frederic |author4=Gerardot, Brian |author5=Badolato, Antonio |author6=Petroff, Pierre |author7=Heath, James R. |title=Ultrahigh density nanowire lattices and circuits |journal=[[Science (journal)|Science]] |volume=300 |issue=5616 |pages=112–5 |year=2003 |pmid=12637672 |doi=10.1126/science.1081940|bibcode = 2003Sci...300..112M |s2cid=6434777 |url=http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/300/5616/112}}</ref><ref>{{cite journal |first=S. |last=Das |author2=Gates, A.J. |author3=Abdu, H.A. |author4=Rose, G.S. |author5=Picconatto, C.A. |author6=Ellenbogen, J.C. |title= Designs for Ultra-Tiny, Special-Purpose Nanoelectronic Circuits |journal=IEEE Transactions on Circuits and Systems I |volume=54 |pages=11 |year=2007 |doi=10.1109/TCSI.2007.907864 |issue=11|s2cid=13575385 }}</ref> इस क्षेत्र में विशेष रूप से प्रमुखता, नैनोइलेक्ट्रॉनिक, ऊर्जा रूपांतरण और भंडारण में विविध अनुप्रयोगों के लिए सिलिकॉन नैनोवायरों का तेजी से अध्ययन किया जा रहा है। नियंत्रित मोटाई के साथ नैनोवायर उत्पन्न करने के लिए इस तरह के SiNWs (एस.आई.एन.डब्लू.एस) को बड़ी मात्रा में थर्मल ऑक्सीकरण द्वारा निर्माण किया जा सकता है
उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर में एकल इलेक्ट्रॉन पर आधारित एक ट्रांजिस्टर ऑपरेशन होता है। नैनोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम भी इसी श्रेणी के अंतर्गत आते हैं। अलग-अलग नैनोवायरों को संश्लेषित करने के विकल्प के रूप में नैनोफाइब्रिकेशन का उपयोग नैनोवायरों के अल्ट्राडेंस समानांतर सरणियों (अरैज़) को गढ़ने के लिए किया जा सकता है।<ref>{{cite journal |first=N. |last=Melosh |author2=Boukai, Abram |author3=Diana, Frederic |author4=Gerardot, Brian |author5=Badolato, Antonio |author6=Petroff, Pierre |author7=Heath, James R. |title=Ultrahigh density nanowire lattices and circuits |journal=[[Science (journal)|Science]] |volume=300 |issue=5616 |pages=112–5 |year=2003 |pmid=12637672 |doi=10.1126/science.1081940|bibcode = 2003Sci...300..112M |s2cid=6434777 |url=http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/300/5616/112}}</ref><ref>{{cite journal |first=S. |last=Das |author2=Gates, A.J. |author3=Abdu, H.A. |author4=Rose, G.S. |author5=Picconatto, C.A. |author6=Ellenbogen, J.C. |title= Designs for Ultra-Tiny, Special-Purpose Nanoelectronic Circuits |journal=IEEE Transactions on Circuits and Systems I |volume=54 |pages=11 |year=2007 |doi=10.1109/TCSI.2007.907864 |issue=11|s2cid=13575385 }}</ref> इस क्षेत्र में विशेष रूप से प्रमुखता, नैनोइलेक्ट्रॉनिक, ऊर्जा रूपांतरण और भंडारण में विविध अनुप्रयोगों के लिए सिलिकॉन नैनोवायरों का तेजी से अध्ययन किया जा रहा है। नियंत्रित मोटाई के साथ नैनोवायर उत्पन्न करने के लिए इस तरह के SiNWs (एस.आई.एन.डब्लू.एस) को बड़ी मात्रा में थर्मल ऑक्सीकरण द्वारा निर्माण किया जा सकता है


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=== आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स ===
=== आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स ===
{{main|Molecular scale electronics}}
एकल-अणु उपकरण भी एक संभावना है। इन योजनाओं में आणविक स्व-संयोजन का भारी उपयोग किया जाएगा, जिसमें उपकरण घटकों को एक बड़ी संरचना या एक पूर्ण प्रणाली बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटिंग के लिए बहुत उपयोगी हो सकता है, और वर्तमान FPGA तकनीक को पूरी तरह से बदल भी सकता है।
एकल-अणु उपकरण भी एक संभावना है। इन योजनाओं में आणविक स्व-संयोजन का भारी उपयोग किया जाएगा, जिसमें उपकरण घटकों को एक बड़ी संरचना या एक पूर्ण प्रणाली बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटिंग के लिए बहुत उपयोगी हो सकता है, और वर्तमान FPGA तकनीक को पूरी तरह से बदल भी सकता है।


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== इतिहास ==
== इतिहास ==
{{See also|History of nanotechnology|Semiconductor device fabrication|Transistor count}}
मेटल नैनोलेयर-बेस ट्रांजिस्टर को 1960 में ऐ. रोज़ और 1962 में अटाला, कहंग और गेपर्ट द्वारा प्रस्तावित और प्रदर्शित किया गया था। 1962 में अपने अग्रणी काम में, गेपर्ट, अटाला और कहंग ने 10 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) ( की मोटाई के साथ सोने (एयू) पतली फिल्मों का उपयोग करके एक नैनोलेयर-बेस मेटल-सेमीकंडक्टर जंक्शन ट्रांजिस्टर का निर्माण किया।<ref>{{cite book |last1=Pasa |first1=André Avelino |chapter=Chapter 13: Metal Nanolayer-Base Transistor |title=Handbook of Nanophysics: Nanoelectronics and Nanophotonics |date=2010 |publisher=[[CRC Press]] |isbn=9781420075519 |pages=13-1, 13-4 |chapter-url=https://books.google.com/books?id=a3kJAMALo0MC&pg=SA13-PA1}}</ref> 1987 में, बिजन डावरी के नेतृत्व में एक आईबीएम शोध दल ने टंगस्टन-गेट तकनीक का उपयोग करके 10 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) (nm) गेट ऑक्साइड मोटाई के साथ धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (एमओएसएफईटी) का प्रदर्शन किया था।
मेटल नैनोलेयर-बेस ट्रांजिस्टर को 1960 में ऐ. रोज़ और 1962 में अटाला, कहंग और गेपर्ट द्वारा प्रस्तावित और प्रदर्शित किया गया था। 1962 में अपने अग्रणी काम में, गेपर्ट, अटाला और कहंग ने 10 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) ( की मोटाई के साथ सोने (एयू) पतली फिल्मों का उपयोग करके एक नैनोलेयर-बेस मेटल-सेमीकंडक्टर जंक्शन ट्रांजिस्टर का निर्माण किया।<ref>{{cite book |last1=Pasa |first1=André Avelino |chapter=Chapter 13: Metal Nanolayer-Base Transistor |title=Handbook of Nanophysics: Nanoelectronics and Nanophotonics |date=2010 |publisher=[[CRC Press]] |isbn=9781420075519 |pages=13-1, 13-4 |chapter-url=https://books.google.com/books?id=a3kJAMALo0MC&pg=SA13-PA1}}</ref> 1987 में, बिजन डावरी के नेतृत्व में एक आईबीएम शोध दल ने टंगस्टन-गेट तकनीक का उपयोग करके 10 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) (nm) गेट ऑक्साइड मोटाई के साथ धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (एमओएसएफईटी) का प्रदर्शन किया था।


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नैनोइलेक्ट्रॉनिक सेमीकंडक्टर उपकरणों का व्यावसायिक उत्पादन 2010 के दशक में शुरू हुआ। 2013 में, एस.के हाइनिक्स ने 16  एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) प्रक्रिया का व्यावसायिक बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू किया,<ref name=":0">{{cite book |last = Waldner  |first = Jean-Baptiste  |author-link = Jean-Baptiste Waldner  |title = Nanocomputers and Swarm Intelligence |publisher = [[ISTE Ltd|ISTE]] |place = London |year = 2007 |isbn = 978-1-84704-002-2  | page = 26}}</ref> टीएसएमसी ने 16 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) फिनफेट प्रक्रिया का उत्पादन शुरू किया,<ref name=":1">{{citation|url=http://www.highbeam.com/doc/1G1-145838158.html|archive-url=https://web.archive.org/web/20121106011401/http://www.highbeam.com/doc/1G1-145838158.html|url-status=dead|archive-date=6 November 2012|title=Still Room at the Bottom (nanometer transistor developed by Yang-kyu Choi from the Korea Advanced Institute of Science and Technology)|date=1 April 2006|work=Nanoparticle News|access-date=6 July 2019}}</ref> और सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स ने 10 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) वर्ग प्रक्रिया का उत्पादन शुरू किया।  टीएसएमसी ने 2017 में 7 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) प्रक्रिया का उत्पादन शुरू किया, और सैमसंग ने 2018 में 5 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) प्रक्रिया का उत्पादन शुरू किया।  2017 में, टीएसएमसी ने  2022 तक 3 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) प्रक्रिया के वाणिज्यिक उत्पादन की योजना की घोषणा की। 2019 में, सैमसंग ने 2021 तक 3 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) GAAFET (गेट-ऑल-अराउंड FET) प्रक्रिया की योजना की घोषणा की।<ref name="tsmc-7nm">{{cite web |title=7nm Technology |url=https://www.tsmc.com/english/dedicatedFoundry/technology/7nm.htm |publisher=[[TSMC]] |access-date=30 June 2019}}</ref>
नैनोइलेक्ट्रॉनिक सेमीकंडक्टर उपकरणों का व्यावसायिक उत्पादन 2010 के दशक में शुरू हुआ। 2013 में, एस.के हाइनिक्स ने 16  एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) प्रक्रिया का व्यावसायिक बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू किया,<ref name=":0">{{cite book |last = Waldner  |first = Jean-Baptiste  |author-link = Jean-Baptiste Waldner  |title = Nanocomputers and Swarm Intelligence |publisher = [[ISTE Ltd|ISTE]] |place = London |year = 2007 |isbn = 978-1-84704-002-2  | page = 26}}</ref> टीएसएमसी ने 16 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) फिनफेट प्रक्रिया का उत्पादन शुरू किया,<ref name=":1">{{citation|url=http://www.highbeam.com/doc/1G1-145838158.html|archive-url=https://web.archive.org/web/20121106011401/http://www.highbeam.com/doc/1G1-145838158.html|url-status=dead|archive-date=6 November 2012|title=Still Room at the Bottom (nanometer transistor developed by Yang-kyu Choi from the Korea Advanced Institute of Science and Technology)|date=1 April 2006|work=Nanoparticle News|access-date=6 July 2019}}</ref> और सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स ने 10 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) वर्ग प्रक्रिया का उत्पादन शुरू किया।  टीएसएमसी ने 2017 में 7 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) प्रक्रिया का उत्पादन शुरू किया, और सैमसंग ने 2018 में 5 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) प्रक्रिया का उत्पादन शुरू किया।  2017 में, टीएसएमसी ने  2022 तक 3 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) प्रक्रिया के वाणिज्यिक उत्पादन की योजना की घोषणा की। 2019 में, सैमसंग ने 2021 तक 3 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) GAAFET (गेट-ऑल-अराउंड FET) प्रक्रिया की योजना की घोषणा की।<ref name="tsmc-7nm">{{cite web |title=7nm Technology |url=https://www.tsmc.com/english/dedicatedFoundry/technology/7nm.htm |publisher=[[TSMC]] |access-date=30 June 2019}}</ref>
== नैनोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण ==
== नैनोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण ==
वर्तमान की उच्च-प्रौद्योगिकी उत्पादन प्रक्रियाएं पारंपरिक टॉप-डाउन रणनीतियों पर आधारित हैं, जहां नैनो तकनीक को पहले ही चुपचाप पेश किया जा चुका है। सीपीयू या डीआरएएम उपकरणों में ट्रांजिस्टर की गेट लंबाई के संबंध में एकीकृत सर्किट की महत्वपूर्ण लंबाई का पैमाना पहले से ही नैनोस्केल (50 एनएम (नैनोमीटर) और उससे नीचे) पर है।
वर्तमान की उच्च-प्रौद्योगिकी उत्पादन प्रक्रियाएं पारंपरिक टॉप-डाउन रणनीतियों पर आधारित हैं, जहां नैनो तकनीक को पहले ही चुपचाप पेश किया जा चुका है। सीपीयू या डीआरएएम उपकरणों में ट्रांजिस्टर की गेट लंबाई के संबंध में एकीकृत सर्किट की महत्वपूर्ण लंबाई का पैमाना पहले से ही नैनोस्केल (50 एनएम (नैनोमीटर) और उससे नीचे) पर है।
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कम ऊर्जा खपत वाले डिस्प्ले का उत्पादन [[:hi:कार्बन नैनोट्यूब|कार्बन नैनोट्यूब]] (सीएनटी) और/या [[:hi:सिलिकॉन नैनोवायर|सिलिकॉन नैनोवायर]] का उपयोग करके पूरा किया जा सकता है। इस तरह के नैनोस्ट्रक्चर विद्युत प्रवाहकीय होते हैं और कई नैनोमीटर के उनके छोटे व्यास के कारण, उन्हें [[:hi:क्षेत्र उत्सर्जन प्रदर्शन|क्षेत्र उत्सर्जन प्रदर्शन]] (एफईडी) के लिए अत्यधिक उच्च दक्षता वाले क्षेत्र उत्सर्जक के रूप में उपयोग किया जा सकता है। ऑपरेशन का सिद्धांत [[:hi:कैथोड किरण नलिका|कैथोड रे ट्यूब]] जैसा दिखता है, लेकिन बहुत कम लंबाई के पैमाने पर दिखाई देता है।
कम ऊर्जा खपत वाले डिस्प्ले का उत्पादन [[:hi:कार्बन नैनोट्यूब|कार्बन नैनोट्यूब]] (सीएनटी) और/या [[:hi:सिलिकॉन नैनोवायर|सिलिकॉन नैनोवायर]] का उपयोग करके पूरा किया जा सकता है। इस तरह के नैनोस्ट्रक्चर विद्युत प्रवाहकीय होते हैं और कई नैनोमीटर के उनके छोटे व्यास के कारण, उन्हें [[:hi:क्षेत्र उत्सर्जन प्रदर्शन|क्षेत्र उत्सर्जन प्रदर्शन]] (एफईडी) के लिए अत्यधिक उच्च दक्षता वाले क्षेत्र उत्सर्जक के रूप में उपयोग किया जा सकता है। ऑपरेशन का सिद्धांत [[:hi:कैथोड किरण नलिका|कैथोड रे ट्यूब]] जैसा दिखता है, लेकिन बहुत कम लंबाई के पैमाने पर दिखाई देता है।


=== क्वांटम कंप्यूटर===
=== क्वांटम कंप्यूटर ===
{{main|Quantum computer}}
कंप्यूटिंग के लिए पूरी तरह से नए दृष्टिकोण नये क्वांटम कंप्यूटरों के लिए क्वांटम यांत्रिकी के नियमों का फायदा उठाते हैं, जो तेज क्वांटम एल्गोरिदम के उपयोग को सक्षम करते हैं। क्वांटम कंप्यूटर में एक ही समय में कई संगणनाओं के लिए क्वांटम बिट मेमोरी स्पेस को "क्यूबिट" कहा जाता है। नैनोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों के स्पिन की क्वांटम अवस्था द्वारा क्वबिट को एन्कोड किया जाता है। स्पिन या तो सेमीकंडक्टर क्वांटम डॉट या डोपेंट <ref name="achilli_position">{{Cite journal|last=Achilli|last8=Shinada|doi=10.1002/adfm.202011175|pages=2011175|issue=21|volume=31|date=February 2021|journal=Advanced Functional Materials|title=Position-Controlled Functionalization of Vacancies in Silicon by Single-Ion Implanted Germanium Atoms|first9=Takashi|last9=Tanii|first8=Takahiro|first7=Giorgio|first=Simona|last7=Ferrari|first6=Marco|last6=Turchetti|first5=Giovanni|last5=Onida|first4=Nicola|last4=Manini|first3=Guido|last3=Fratesi|first2=Nguyen H.|last2=Le|arxiv=2102.01390v2}}</ref> द्वारा सीमित है।
कंप्यूटिंग के लिए पूरी तरह से नए दृष्टिकोण नये क्वांटम कंप्यूटरों के लिए क्वांटम यांत्रिकी के नियमों का फायदा उठाते हैं, जो तेज क्वांटम एल्गोरिदम के उपयोग को सक्षम करते हैं। क्वांटम कंप्यूटर में एक ही समय में कई संगणनाओं के लिए क्वांटम बिट मेमोरी स्पेस को "क्यूबिट" कहा जाता है। नैनोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों के स्पिन की क्वांटम अवस्था द्वारा क्वबिट को एन्कोड किया जाता है। स्पिन या तो सेमीकंडक्टर क्वांटम डॉट या डोपेंट <ref name="achilli_position">{{Cite journal|last=Achilli|last8=Shinada|doi=10.1002/adfm.202011175|pages=2011175|issue=21|volume=31|date=February 2021|journal=Advanced Functional Materials|title=Position-Controlled Functionalization of Vacancies in Silicon by Single-Ion Implanted Germanium Atoms|first9=Takashi|last9=Tanii|first8=Takahiro|first7=Giorgio|first=Simona|last7=Ferrari|first6=Marco|last6=Turchetti|first5=Giovanni|last5=Onida|first4=Nicola|last4=Manini|first3=Guido|last3=Fratesi|first2=Nguyen H.|last2=Le|arxiv=2102.01390v2}}</ref> द्वारा सीमित है।


=== रेडियो===
=== रेडियो ===


नैनोरैडियोस को कार्बन नैनोट्यूब के आसपास संरचित विकसित किया गया है।<ref>{{cite journal |author=Jensen, K. |author2=Weldon, J. |author3=Garcia, H. |author4=Zettl A. |title=Nanotube Radio |journal=Nano Lett. |volume=7 |issue=11 |pages=3508–3511 |year=2007 |doi=10.1021/nl0721113 |pmid=17973438|bibcode = 2007NanoL...7.3508J }}</ref>
नैनोरैडियोस को कार्बन नैनोट्यूब के आसपास संरचित विकसित किया गया है।<ref>{{cite journal |author=Jensen, K. |author2=Weldon, J. |author3=Garcia, H. |author4=Zettl A. |title=Nanotube Radio |journal=Nano Lett. |volume=7 |issue=11 |pages=3508–3511 |year=2007 |doi=10.1021/nl0721113 |pmid=17973438|bibcode = 2007NanoL...7.3508J }}</ref>


=== ऊर्जा उत्पादन===
=== ऊर्जा उत्पादन ===
पारंपरिक प्लानर सिलिकॉन सौर [[:hi:सौर सेल|सेल की तुलना में सस्ता और अधिक कुशल सौर सेल]] बनाने की उम्मीद के साथ [[:hi:नैनोवायर्स|नैनोवायर]] और अन्य नैनोस्ट्रक्चर सामग्री का उपयोग करने के लिए अनुसंधान जारी है।<ref>{{cite journal |first=Bozhi |last=Tian |author2=Zheng, Xiaolin |author3=Kempa, Thomas J. |author4=Fang, Ying |author5=Yu, Nanfang |author6=Yu, Guihua |author7=Huang, Jinlin |author8=Lieber, Charles M. |title=Coaxial silicon nanowires as solar cells and nanoelectronic power sources |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=449 |issue=7164 |pages=885–889 |year=2007 |pmid=17943126 |doi=10.1038/nature06181|bibcode = 2007Natur.449..885T |s2cid=2688078 }}</ref> यह माना जाता है कि अधिक कुशल सौर ऊर्जा के आविष्कार का वैश्विक ऊर्जा जरूरतों को पूरा करने पर बहुत प्रभाव पड़ेगा।
पारंपरिक प्लानर सिलिकॉन सौर [[:hi:सौर सेल|सेल की तुलना में सस्ता और अधिक कुशल सौर सेल]] बनाने की उम्मीद के साथ [[:hi:नैनोवायर्स|नैनोवायर]] और अन्य नैनोस्ट्रक्चर सामग्री का उपयोग करने के लिए अनुसंधान जारी है।<ref>{{cite journal |first=Bozhi |last=Tian |author2=Zheng, Xiaolin |author3=Kempa, Thomas J. |author4=Fang, Ying |author5=Yu, Nanfang |author6=Yu, Guihua |author7=Huang, Jinlin |author8=Lieber, Charles M. |title=Coaxial silicon nanowires as solar cells and nanoelectronic power sources |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=449 |issue=7164 |pages=885–889 |year=2007 |pmid=17943126 |doi=10.1038/nature06181|bibcode = 2007Natur.449..885T |s2cid=2688078 }}</ref> यह माना जाता है कि अधिक कुशल सौर ऊर्जा के आविष्कार का वैश्विक ऊर्जा जरूरतों को पूरा करने पर बहुत प्रभाव पड़ेगा।


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इसलिए उत्पन्न होने वाली संभावित बिजली बहुत कम है। इस तरह के एक उपकरण से उत्पन्न बिजली शरीर में एम्बेडेड उपकरणों (जैसे पेसमेकर), या चीनी से भरे नैनोरोबोट को बिजली दे सकती है। बायो-नैनो जेनरेटर पर अधिकांश शोध अभी भी प्रायोगिक है, जिसमें पैनासोनिक की नैनोटेक्नोलॉजी रिसर्च लेबोरेटरी सबसे आगे है।
इसलिए उत्पन्न होने वाली संभावित बिजली बहुत कम है। इस तरह के एक उपकरण से उत्पन्न बिजली शरीर में एम्बेडेड उपकरणों (जैसे पेसमेकर), या चीनी से भरे नैनोरोबोट को बिजली दे सकती है। बायो-नैनो जेनरेटर पर अधिकांश शोध अभी भी प्रायोगिक है, जिसमें पैनासोनिक की नैनोटेक्नोलॉजी रिसर्च लेबोरेटरी सबसे आगे है।


=== मेडिकल डायग्नोस्टिक्स===
=== मेडिकल डायग्नोस्टिक्स ===
नैनोइलेक्ट्रोनिक उपकरणों के निर्माण में बहुत रुचि है<ref>{{cite journal |author1=LaVan, D.A. |author2=McGuire, Terry |author3=Langer, Robert  |name-list-style=amp |title=Small-scale systems for in vivo drug delivery |journal= Nat. Biotechnol. |volume=21 |issue=10 |pages=1184–1191 |year=2003 |pmid=14520404 |doi=10.1038/nbt876|s2cid=1490060 }}</ref><ref>{{cite journal|author=Grace, D.|title=Special Feature: Emerging Technologies|journal=Medical Product Manufacturing News.|volume=12|pages=22–23|year=2008|url=http://www.mpmn-digital.com/mpmn/200803/?pg=24|url-status=dead|archive-url=https://web.archive.org/web/20080612173332/http://www.mpmn-digital.com/mpmn/200803/?pg=24|archive-date=2008-06-12}}</ref><ref>{{cite journal |first=S. |last=Saito |title=Carbon Nanotubes for Next-Generation Electronics Devices |journal=[[Science (journal)|Science]] |volume=278 |pages=77–78 |year=1997 |doi=10.1126/science.278.5335.77 |issue=5335|s2cid=137586409 }}</ref> यह चिकित्सा निदान के रूप में उपयोग के लिए वास्तविक समय में बायोमोलेक्यूलस की सांद्रता का पता लगा सकता है,<ref>{{cite journal |author1=Cavalcanti, A. |author2=Shirinzadeh, B. |author3=Freitas Jr, Robert A. |author4=Hogg, Tad  |name-list-style=amp |title=Nanorobot architecture for medical target identification |journal= Nanotechnology |volume=19|issue=1|pages=015103(15pp)|year=2008 |doi=10.1088/0957-4484/19/01/015103|bibcode = 2008Nanot..19a5103C }}</ref> इस प्रकार नैनोमेडिसिन की श्रेणी में गिरना।<ref>{{cite journal |last=Cheng |first=Mark Ming-Cheng |author2=Cuda, Giovanni |author3=Bunimovich, Yuri L |author4=Gaspari, Marco |author5=Heath, James R |author6=Hill, Haley D |author7=Mirkin,Chad A |author8=Nijdam, A Jasper |author9=Terracciano, Rosa |author10=Thundat, Thomas |author11=Ferrari, Mauro |title=Nanotechnologies for biomolecular detection and medical diagnostics |journal=[[Current Opinion in Chemical Biology]] |volume=10 |issue=1 |pages=11–19 |year=2006 |pmid=16418011 |doi=10.1016/j.cbpa.2006.01.006}}</ref>
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अनुसंधान की एक समानांतर रेखा नैनोइलेक्ट्रोनिक उपकरणों को बनाने की कोशिश करती है जो बुनियादी जैविक अनुसंधान में उपयोग के लिए एकल कोशिकाओं के साथ बातचीत कर सकती है।<ref>{{cite journal |first=F. |last=Patolsky |author2=Timko, B.P. |author3=Yu, G. |author4=Fang, Y. |author5=Greytak, A.B. |author6=Zheng, G.  |author7=Lieber, C.M. |title=Detection, stimulation, and inhibition of neuronal signals with high-density nanowire transistor arrays |journal=[[Science (journal)|Science]] |volume=313 |issue=5790 |pages=1100–1104 |year=2006 |pmid=16931757 |doi=10.1126/science.1128640|bibcode = 2006Sci...313.1100P |s2cid=3178344 }}</ref>
अनुसंधान की एक समानांतर रेखा नैनोइलेक्ट्रोनिक उपकरणों को बनाने की कोशिश करती है जो बुनियादी जैविक अनुसंधान में उपयोग के लिए एकल कोशिकाओं के साथ बातचीत कर सकती है।<ref>{{cite journal |first=F. |last=Patolsky |author2=Timko, B.P. |author3=Yu, G. |author4=Fang, Y. |author5=Greytak, A.B. |author6=Zheng, G.  |author7=Lieber, C.M. |title=Detection, stimulation, and inhibition of neuronal signals with high-density nanowire transistor arrays |journal=[[Science (journal)|Science]] |volume=313 |issue=5790 |pages=1100–1104 |year=2006 |pmid=16931757 |doi=10.1126/science.1128640|bibcode = 2006Sci...313.1100P |s2cid=3178344 }}</ref>
इन उपकरणों को नैनोसेंसर कहा जाता है।विवो प्रोटिओमिक सेंसिंग में नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स पर इस तरह के लघुकरण को स्वास्थ्य निगरानी, निगरानी और रक्षा प्रौद्योगिकी के लिए नए दृष्टिकोणों को सक्षम करना चाहिए।<ref>{{cite journal |author=Frist, W.H. |title=Health care in the 21st century |journal= N. Engl. J. Med. |volume=352 |issue=3 |pages=267–272 |year=2005 |doi=10.1056/NEJMsa045011 |pmid=15659726}}</ref><ref>{{cite journal |author1=Cavalcanti, A. |author2=Shirinzadeh, B. |author3=Zhang, M. |author4=Kretly, L.C.  |name-list-style=amp |title=Nanorobot Hardware Architecture for Medical Defense |journal= Sensors |volume=8 |issue=5 |pages=2932–2958 |year=2008 |doi=10.3390/s8052932 |pmid=27879858 |pmc=3675524 |url=http://www.mdpi.org/sensors/papers/s8052932.pdf|doi-access=free }}</ref><ref>{{cite journal |author1=Couvreur, P.  |author2=Vauthier, C.  |name-list-style=amp |title=Nanotechnology: intelligent design to treat complex disease |journal= Pharm. Res. |volume=23 |issue=7 |pages=1417–1450 |year=2006 |pmid=16779701 |doi=10.1007/s11095-006-0284-8|s2cid=1520698 }}</ref>
इन उपकरणों को नैनोसेंसर कहा जाता है।विवो प्रोटिओमिक सेंसिंग में नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स पर इस तरह के लघुकरण को स्वास्थ्य निगरानी, निगरानी और रक्षा प्रौद्योगिकी के लिए नए दृष्टिकोणों को सक्षम करना चाहिए।<ref>{{cite journal |author=Frist, W.H. |title=Health care in the 21st century |journal= N. Engl. J. Med. |volume=352 |issue=3 |pages=267–272 |year=2005 |doi=10.1056/NEJMsa045011 |pmid=15659726}}</ref><ref>{{cite journal |author1=Cavalcanti, A. |author2=Shirinzadeh, B. |author3=Zhang, M. |author4=Kretly, L.C.  |name-list-style=amp |title=Nanorobot Hardware Architecture for Medical Defense |journal= Sensors |volume=8 |issue=5 |pages=2932–2958 |year=2008 |doi=10.3390/s8052932 |pmid=27879858 |pmc=3675524 |url=http://www.mdpi.org/sensors/papers/s8052932.pdf|doi-access=free }}</ref><ref>{{cite journal |author1=Couvreur, P.  |author2=Vauthier, C.  |name-list-style=amp |title=Nanotechnology: intelligent design to treat complex disease |journal= Pharm. Res. |volume=23 |issue=7 |pages=1417–1450 |year=2006 |pmid=16779701 |doi=10.1007/s11095-006-0284-8|s2cid=1520698 }}</ref>


==संदर्भ==
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==बाहरी संबंध==
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*[http://snw2014.insight-outside.fr/minatec/ IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop]
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*[https://web.archive.org/web/20120206014923/http://www.visel.net/goals/motivation-en Virtual Institute of Spin Electronics]
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*[http://www.understandingnano.com/nanotechnology-electronics.html Nanoelectronics at UnderstandingNano Web site]
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*[http://www.physorg.com/search/nanoelectronics Nanoelectronics - PhysOrg]
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Latest revision as of 11:18, 13 September 2023

नैनो इलेक्ट्रॉनिक्स, इलेक्ट्रॉनिक घटकों में नैनो तकनीक के उपयोग को संदर्भित करता है। इसमें  विभिन्न प्रकार के उपकरणों और सामग्रियों को सम्मिलित  किया गया है, सामान्य विशेषता, कि वे इतने छोटे हैं कि अणु के बीच की परस्पर क्रिया और क्वांटम यांत्रिक गुणों का बड़े पैमाने पर अध्ययन करने की आवश्यकता है। इनमें से कुछ को सम्मिलित  किया गया है जैसे: हाइब्रिड आणविक/अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक्स, एक-आयामी नैनोट्यूब/नैनोवायर (जैसे सिलिकॉन नैनोवायर या कार्बन नैनोट्यूब) या उन्नत आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स है।

नैनोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में महत्वपूर्ण आयाम होते हैं जिनकी आकार सीमा 1 एनएम (नैनोमीटर) और 100 एनएम (नैनोमीटर) के बीच होती है।[1] हाल ही में सिलिकॉन मॉसफेट (धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर, या MOS ट्रांजिस्टर) तकनीकी (टेक्नोलॉजी) जेनरेशन पहले से ही इस प्रवृति में समाहित हैं, जिनमें 22 एनएम (नैनोमीटर) प्रक्रिया शामिल हैं। जिसमें 22 नैनोमीटर सीएमओएस (CMOS) (पूरक MOS) नोड्स और 14 एनएम (नैनोमीटर) , 10 एनएम (नैनोमीटर) और 7 एनएम (नैनोमीटर) फिनफेट (फिन फील्ड-) सम्मिलित हैं। नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स को कभी-कभी विघटनकारी तकनीक के रूप में माना जाता है क्योंकि वर्तमान में पारंपरिक ट्रांजिस्टर से काफी अलग हैं।

मौलिक अवधारणाएं

1965 में, देखा गया था कि सिलिकॉन ट्रांजिस्टर नीचे की ओर स्केलिंग की एक निरंतर प्रक्रिया से निकल रहे थे, बाद में इस अवलोकन को मूर के नियम से संहिताबद्ध किया गया था। इस अवलोकन के बाद से, ट्रांजिस्टर का न्यूनतम फीचर आकार, 2019 तक 10 माइक्रोमीटर (mm) से घटकर 10 माइक्रोमीटर (mm) रेंज हो गया है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्रौद्योगिकी नोड सीधे न्यूनतम आकार (फीचर साइज़) का प्रतिनिधित्व नहीं करता है। नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र का उद्देश्य नैनोस्केल पर फीचर-आकार के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के लिए नई विधियों और सामग्रियों का उपयोग करके इस सिद्धांत की निरंतर लक्ष्य प्राप्ति को सक्षम बनाना  है।

यांत्रिक मुद्दे

किसी वस्तु का आयतन उसके रैखिक आयामों के तीसरे बल तक घट जाता है, परन्तु सतह का क्षेत्रफल केवल उसके दूसरी बल बल तक घट जाता है। यह कुछ हद तक सूक्ष्म और अपरिहार्य सिद्धांत के बड़े प्रभाव हैं। उदाहरण के लिए, एक ड्रिल (या कोई अन्य मशीन) की शक्ति, आयतन के समानुपाती होती है, जबकि ड्रिल के बियरिंग्स और गियर्स का घर्षण उनके सतह क्षेत्र के समानुपाती होता है। सामान्य आकार के ड्रिल के लिए, डिवाइस की शक्ति किसी भी घर्षण को आसानी से दूर करने के लिए पर्याप्त है। हालांकि, इसकी लंबाई को 1000 के घटक ( फ़ैक्टर) से कम करना, उदाहरण के लिए, इसकी शक्ति 10003 (एक अरब का कारक) कम हो जाती है, जबकि घर्षण को केवल 10002 (केवल एक मिलियन का कारक) कम कर देता है। आनुपातिक रूप से इसमें मूल ड्रिल की तुलना में प्रति यूनिट घर्षण 1000 गुना कम शक्ति है। यदि मूल घर्षण-से-शक्ति अनुपात, 1% था, तो इसका अर्थ है कि छोटी ड्रिल में शक्ति के रूप में 10 गुना अधिक घर्षण होगा।

इस कारण से, सुपर-मिनिएचर इलेक्ट्रॉनिक एकीकृत सर्किट (इंटेग्रेटेड सर्किट) पूरी तरह कार्यात्मक हैं, उसी तकनीक का उपयोग काम करने वाले यांत्रिक उपकरणों को तराजू से परे बनाने के लिए नहीं किया जा सकता है जहां घर्षण बल उपलब्ध शक्ति से अधिक होने लगता हैं। यद्यपि आप नक़्क़ाशीदार सिलिकॉन गियर की सूक्ष्म तस्वीरें देख सकते हैं, ऐसे उपकरणों का वर्तमान में सीमित अनुप्रयोग हैं, उदाहरण के लिए, चलती दर्पण में और शटर में।[2] सतही तनाव लगभग उसी तरह बढ़ता है, उस तरह बहुत छोटी वस्तुओं के आपस में चिपक जाने की प्रवृत्ति बढ़ जाती है। यह संभवतः किसी भी तरह के माइक्रो फैक्ट्री को अव्यवहारिक बना सकता है: भले ही रोबोटिक हाथों को छोटा किया जा सकता है, फिर भी वे जो कुछ भी उठाते हैं तो उसे नीचे रखना असंभव होता है। यह कहा जा रहा है, कि आणविक विकास के परिणामस्वरूप जलीय वातावरण में पलकें (सिलिया), फ्लैगेला, मांसपेशी फाइबर और रोटरी मोटर्स काम कर रहे हैं, जो कि सभी नैनोस्केल पर है। ये मशीनें माइक्रो या नैनोस्केल में पाए जाने वाले घर्षण बलों का फायदा उठाती हैं। एक पैडल या प्रोपेलर के विपरीत जो संचालक शक्ति को प्राप्त करने के लिए सामान्य घर्षण बल (सतह पर लंबवत घर्षण बल) पर निर्भर करता है, सिलिया सूक्ष्म और नैनो आयामों में मौजूद अतिरंजित खिंचाव या लैमिनार बलों (सतह के समानांतर घर्षण बल) से गति विकसित करता है। नैनोस्केल में सटीक मशीनों का निर्माण करने के लिए, संबंधित बलों पर विचार करने की आवश्यकता है। हम मैक्रोस्कोपिक मशीनों के सरल  प्रतिलिपिके बजाय आंतरिक रूप से प्रासंगिक मशीनों के विकास और डिजाइन का सामना कर रहे हैं।

इसलिए, व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए नैनो तकनीक का मूल्यांकन करते समय सभी स्केलिंग मुद्दों का मूल्यांकन करने की आवश्यकता है।

दृष्टिकोण

नैनोफैब्रिकेशन

उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन ट्रांजिस्टर में एकल इलेक्ट्रॉन पर आधारित एक ट्रांजिस्टर ऑपरेशन होता है। नैनोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम भी इसी श्रेणी के अंतर्गत आते हैं। अलग-अलग नैनोवायरों को संश्लेषित करने के विकल्प के रूप में नैनोफाइब्रिकेशन का उपयोग नैनोवायरों के अल्ट्राडेंस समानांतर सरणियों (अरैज़) को गढ़ने के लिए किया जा सकता है।[3][4] इस क्षेत्र में विशेष रूप से प्रमुखता, नैनोइलेक्ट्रॉनिक, ऊर्जा रूपांतरण और भंडारण में विविध अनुप्रयोगों के लिए सिलिकॉन नैनोवायरों का तेजी से अध्ययन किया जा रहा है। नियंत्रित मोटाई के साथ नैनोवायर उत्पन्न करने के लिए इस तरह के SiNWs (एस.आई.एन.डब्लू.एस) को बड़ी मात्रा में थर्मल ऑक्सीकरण द्वारा निर्माण किया जा सकता है

नैनोमैटेरियल्स इलेक्ट्रॉनिक्स

छोटे होने और अधिक ट्रांजिस्टर को एक चिप में पैक करने की अनुमति देने के अतिरिक्त, नैनोवायर और/या नैनोट्यूब की समान और सममित संरचना में उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता (सामग्री में तेज़ इलेक्ट्रॉन गति) होती है,

एक उच्च अचालक (डीएलेक्ट्रिक) अविरत (तेज आवृत्ति), और एक सममित (सिमेट्रिक) इलेक्ट्रॉन/छेद विलक्षणता की अनुमति देता है। [5] इसके अलावा, नैनोकणों का उपयोग क्वांटम डॉट्स के रूप में किया जा सकता है।

आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स

एकल-अणु उपकरण भी एक संभावना है। इन योजनाओं में आणविक स्व-संयोजन का भारी उपयोग किया जाएगा, जिसमें उपकरण घटकों को एक बड़ी संरचना या एक पूर्ण प्रणाली बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य कंप्यूटिंग के लिए बहुत उपयोगी हो सकता है, और वर्तमान FPGA तकनीक को पूरी तरह से बदल भी सकता है।

आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स[6] एयह एक नई तकनीक है जो अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है, लेकिन भविष्य में परमाणु-पैमाने पर इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के लिए नयी आशा भी लाती है। आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स के अधिक आशाजनक अनुप्रयोगों में से एक का प्रस्ताव आईबीएम के शोधकर्ता अरी अविराम और सैद्धांतिक रसायनज्ञ मार्क रैटनर ने अपने 1974 और 1988 के पेपर मोलेक्यूल्स फॉर मेमोरी, लॉजिक, और एम्प्लीफिकेशन में दिया था, (यूनिमॉलेक्यूलर रेक्टिफायर देखें)।[7][8] यह कई संभावित तरीकों में से एक है जिसमें कार्बनिक रसायन द्वारा आणविक स्तर के डायोड/ट्रांजिस्टर को संश्लेषित किया जा सकता है। लगभग आधा नैनोमीटर के आणविक डायोड देने के लिए स्पाइरो-कार्बन संरचना के साथ एक मॉडल प्रणाली प्रस्तावित की गई थी, जिसे पॉलीथियोफीन आणविक तारों से जोड़ा जा सकता था। सैद्धांतिक गणना ने डिजाइन को सैद्धांतिक रूप से सही दिखाया और अभी भी आशा है कि ऐसी प्रणाली काम करने के लिए बनाई जा सकती है।

अन्य दृष्टिकोण

नैनोएओनिक्स (Nanoionics) नैनोस्केल सिस्टम में इलेक्ट्रॉनों के बजाय आयनों के परिवहन का अध्ययन करता है।

नैनोफोटोनिक्स नैनोस्केल पर प्रकाश के व्यवहार का अध्ययन करता है और इस सुविधा का लाभ उठाने वाले उपकरणों को विकसित करने का लक्ष्य रखता है।

इतिहास

मेटल नैनोलेयर-बेस ट्रांजिस्टर को 1960 में ऐ. रोज़ और 1962 में अटाला, कहंग और गेपर्ट द्वारा प्रस्तावित और प्रदर्शित किया गया था। 1962 में अपने अग्रणी काम में, गेपर्ट, अटाला और कहंग ने 10 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) ( की मोटाई के साथ सोने (एयू) पतली फिल्मों का उपयोग करके एक नैनोलेयर-बेस मेटल-सेमीकंडक्टर जंक्शन ट्रांजिस्टर का निर्माण किया।[9] 1987 में, बिजन डावरी के नेतृत्व में एक आईबीएम शोध दल ने टंगस्टन-गेट तकनीक का उपयोग करके 10 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) (nm) गेट ऑक्साइड मोटाई के साथ धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (एमओएसएफईटी) का प्रदर्शन किया था।

मल्टी-गेट मॉस्फेट्स (MOSFETs) ने फिनफेट (फिन फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर), एक त्रि-आयामी, गैर-प्लानर, डबल-गेट MOSFET से प्रारम्भ होकर, 20 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) (nm) गेट लंबाई से नीचे स्केलिंग को सक्षम किया था।[10] फिनफेट (FinFET) की उत्पत्ति 1989 में हिताची सेंट्रल रिसर्च लेबोरेटरी के डिघ हिसामोटो, टोरू कागा, योशिफुमी कावामोटो और ईजी टाकेडा द्वारा विकसित डेल्टा (DELTA) ट्रांजिस्टर से हुई है। 1997 में, डापरा (DARPA) ने एक गहरे उप-माइक्रोन डेल्टा (DELTA) ट्रांजिस्टर विकसित करने के लिए UC बर्कले में एक शोध समूह को एक अनुबंध प्रदान किया था। इस समूह में टीएसएमसी के चेनमिंग हू और त्सू-जे किंग लियू, जेफरी बोकोर, हिदेकी टेकुची, के। असानो, जैकब केडज़िएर्स्क, ज़ुएजु हुआंग, लेलैंड चांग, निक लिंडर्ट, शिबली अहमद और साइरस टेबेरी सहित अन्य अंतरराष्ट्रीय शोधकर्ताओं के साथ हिसामोटो शामिल थे। टीम ने 1998 में फिनफेट उपकरणों को 17 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) (nm) प्रक्रिया तक और फिर 2001 में 15 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) (nm) तक सफलतापूर्वक गढ़ा। 2002 में एक टीम ने 10 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) (nm) फिनफेट डिवाइस का निर्माण किया।

.[11][12][13][14]

1999 में, ग्रेनोबल, फ्रांस में इलेक्ट्रॉनिक्स और सूचना प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला में विकसित एक सीएमओएस (पूरक एमओएस) ट्रांजिस्टर ने 18 के व्यास के साथ एमओएसएफईटी ट्रांजिस्टर के सिद्धांतों की सीमाओं का परीक्षण किया। एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) (लगभग 70 परमाणु एक साथ रखे गए)। इसने €1 के सिक्के पर सात अरब जंक्शनों के सैद्धांतिक एकीकरण को सक्षम किया। हालाँकि, सीएमओएस (CMOS) ट्रांजिस्टर यह अध्ययन करने के लिए एक सरल शोध प्रयोग नहीं था कि सीएमओएस (CMOS) तकनीक कैसे कार्य करती है, बल्कि यह एक प्रदर्शन है कि यह तकनीक अब कैसे कार्य करती है कि हम स्वयं आणविक पैमाने पर काम करने के करीब पहुंच रहे हैं। 2007 में जीन-बैप्टिस्ट वाल्डनर के अनुसार, एक सर्किट पर इन ट्रांजिस्टर की एक बड़ी संख्या के समन्वित संयोजन में महारत हासिल करना असंभव होगा और इसे औद्योगिक स्तर पर बनाना भी असंभव होगा। [15]

2006 में, कोरिया एडवांस्ड इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (KAIST) और नेशनल नैनो फैब सेंटर के कोरियाई शोधकर्ताओं की एक टीम ने 3 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) MOSFET विकसित किया, जो दुनिया का सबसे छोटा नैनोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण है। यह गेट-ऑल-अराउंड (GAA) FinFET तकनीक पर आधारित था। [16] [17]

नैनोइलेक्ट्रॉनिक सेमीकंडक्टर उपकरणों का व्यावसायिक उत्पादन 2010 के दशक में शुरू हुआ। 2013 में, एस.के हाइनिक्स ने 16  एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) प्रक्रिया का व्यावसायिक बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू किया,[18] टीएसएमसी ने 16 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) फिनफेट प्रक्रिया का उत्पादन शुरू किया,[19] और सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स ने 10 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) वर्ग प्रक्रिया का उत्पादन शुरू किया।  टीएसएमसी ने 2017 में 7 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) प्रक्रिया का उत्पादन शुरू किया, और सैमसंग ने 2018 में 5 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) प्रक्रिया का उत्पादन शुरू किया।  2017 में, टीएसएमसी ने  2022 तक 3 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) प्रक्रिया के वाणिज्यिक उत्पादन की योजना की घोषणा की। 2019 में, सैमसंग ने 2021 तक 3 एनएम (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) (नैनोमीटर) GAAFET (गेट-ऑल-अराउंड FET) प्रक्रिया की योजना की घोषणा की।[20]







नैनोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण

वर्तमान की उच्च-प्रौद्योगिकी उत्पादन प्रक्रियाएं पारंपरिक टॉप-डाउन रणनीतियों पर आधारित हैं, जहां नैनो तकनीक को पहले ही चुपचाप पेश किया जा चुका है। सीपीयू या डीआरएएम उपकरणों में ट्रांजिस्टर की गेट लंबाई के संबंध में एकीकृत सर्किट की महत्वपूर्ण लंबाई का पैमाना पहले से ही नैनोस्केल (50 एनएम (नैनोमीटर) और उससे नीचे) पर है।

कंप्यूटर

उलटा चैनल (इलेक्ट्रॉन घनत्व) के गठन के लिए सिमुलेशन परिणाम और एक नैनोवायर मॉसफेट में दहलीज वोल्टेज (IV) की प्राप्ति।ध्यान दें कि इस डिवाइस के लिए दहलीज वोल्टेज लगभग 0.45V है।

नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स पारंपरिक सेमीकंडक्टर निर्माण तकनीकों की तुलना में कंप्यूटर प्रोसेसर को अधिक शक्तिशाली बनाने का संकेत देता है। नैनोलिथोग्राफी के नए रूपों के साथ-साथ पारंपरिक सीएमओएस  (सीएमओएस (CMOS)) घटकों के स्थान पर नैनोवायर या छोटे अणुओं जैसे नैनोमटेरियल्स के उपयोग सहित कई दृष्टिकोणों पर शोध किया जा रहा है। अर्धचालक कार्बन नैनोट्यूब और हेटरोस्ट्रक्चर्ड सेमीकंडक्टर नैनोवायर (SiNWs) दोनों का उपयोग करके क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर बनाए गए हैं।[21] [22]

मेमोरी स्टोरेज

अतीत में इलेक्ट्रॉनिक मेमोरी डिजाइन काफी हद तक ट्रांजिस्टर के निर्माण पर निर्भर थे। हालांकि, क्रॉसबार स्विच आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स में अनुसंधान ने अल्ट्रा हाई डेंसिटी मेमोरी बनाने के लिए वर्टिकल और हॉरिजॉन्टल वायरिंग एरेज़ के बीच पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य इंटरकनेक्शन का उपयोग करके एक विकल्प की पेशकश की है। इस क्षेत्र में दो नेता नैनटेरो हैं, जिन्होंने नैनो-रैम और हेवलेट-पैकार्ड नामक कार्बन नैनोट्यूब आधारित क्रॉसबार मेमोरी विकसित की है, जिसने फ्लैश मेमोरी के भविष्य के प्रतिस्थापन के रूप में मेमरिस्टर सामग्री के उपयोग का प्रस्ताव दिया है।

ऐसे नए उपकरणों का एक उदाहरण स्पिंट्रोनिक्स पर आधारित उपकरण हैं। किसी पदार्थ के प्रतिरोध की बाहरी क्षेत्र पर निर्भरता (इलेक्ट्रॉनों के घूमने के कारण) को मैग्नेटोरेसिस्टेंस कहा जाता है। नैनोसाइज्ड वस्तुओं के लिए, इस प्रभाव को काफी बढ़ाया जा सकता है (जीएमआर - जाइंट मैग्नेटो-रेसिस्टेंस), उदाहरण के लिए जब दो फेरोमैग्नेटिक परतों को एक गैर-चुंबकीय परत द्वारा कई नैनोमीटर मोटी (जैसे। को-क्यूबिक-को) द्वारा अलग किया जाता है। जीएमआर (GMR) प्रभाव ने हार्ड डिस्क के डेटा भंडारण घनत्व को बहुत बढ़ा दिया और गीगाबाइट रेंज को संभव बना दिया। तथाकथित टनलिंग मैग्नेटोरेसिस्टेंस (TMR) GMR के समान है और आसन्न फेरोमैग्नेटिक परतों के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों की स्पिन-निर्भर टनलिंग पर आधारित है। जीएमआर (GMR) और टीएमआर (TMR) दोनों प्रभावों का उपयोग कंप्यूटर के लिए एक गैर-वाष्पशील मुख्य मेमोरी बनाने के लिए किया जा सकता है, जैसे तथाकथित चुंबकीय रैंडम एक्सेस मेमोरी या MRAM है।

नैनोइलेक्ट्रॉनिक मेमोरी का व्यावसायिक उत्पादन 2010 के दशक में शुरू हुआ। 2013 में, एसके हाइनिक्स ने 16 एनएम (नैनोमीटर) नंद फ्लैश मेमोरी का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू किया, और सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स ने 10 एनएम (नैनोमीटर) मल्टी-लेवल सेल (एमएलसी) नंद फ्लैश मेमोरी का उत्पादन शुरू किया। 2017 में, TSMC ने 7 एनएम (नैनोमीटर) प्रक्रिया का उपयोग करके SRAM मेमोरी का उत्पादन प्रारम्भ किया।

नवीन ऑप्टोइलेक्ट्रोनिक डिवाइस

आधुनिक संचार प्रौद्योगिकी में पारंपरिक एनालॉग विद्युत उपकरणों को क्रमशः उनके विशाल बैंडविड्थ और क्षमता के कारण ऑप्टिकल या ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। दो आशाजनक उदाहरण फोटोनिक क्रिस्टल और क्वांटम डॉट्स हैं ।फोटोनिक क्रिस्टल एक जाली स्थिरांक के साथ अपवर्तक सूचकांक में आवधिक भिन्नता वाली सामग्री है जो उपयोग किए गए प्रकाश की तरंग दैर्ध्य का आधा है। वे एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के प्रसार के लिए एक चयन योग्य बैंड अंतर प्रदान करते हैं, इस प्रकार वे अर्धचालक के समान होते हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉनों के बजाय प्रकाश या फोटॉन के लिए। क्वांटम डॉट्स नैनोस्केल्ड ऑब्जेक्ट हैं, जिनका उपयोग कई अन्य चीजों के अलावा, लेज़रों के निर्माण के लिए किया जा सकता है। पारंपरिक सेमीकंडक्टर लेजर की तुलना में क्वांटम डॉट लेजर का लाभ यह है कि उनकी उत्सर्जित तरंग दैर्ध्य डॉट के व्यास पर निर्भर करती है। क्वांटम डॉट लेजर सस्ते होते हैं और पारंपरिक लेजर डायोड की तुलना में उच्च संकेतन गुणवत्ता प्रदान करते हैं।

Fullerene Nanogears - GPN-2000-001535.jpg

डिस्प्ले

कम ऊर्जा खपत वाले डिस्प्ले का उत्पादन कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) और/या सिलिकॉन नैनोवायर का उपयोग करके पूरा किया जा सकता है। इस तरह के नैनोस्ट्रक्चर विद्युत प्रवाहकीय होते हैं और कई नैनोमीटर के उनके छोटे व्यास के कारण, उन्हें क्षेत्र उत्सर्जन प्रदर्शन (एफईडी) के लिए अत्यधिक उच्च दक्षता वाले क्षेत्र उत्सर्जक के रूप में उपयोग किया जा सकता है। ऑपरेशन का सिद्धांत कैथोड रे ट्यूब जैसा दिखता है, लेकिन बहुत कम लंबाई के पैमाने पर दिखाई देता है।

क्वांटम कंप्यूटर

कंप्यूटिंग के लिए पूरी तरह से नए दृष्टिकोण नये क्वांटम कंप्यूटरों के लिए क्वांटम यांत्रिकी के नियमों का फायदा उठाते हैं, जो तेज क्वांटम एल्गोरिदम के उपयोग को सक्षम करते हैं। क्वांटम कंप्यूटर में एक ही समय में कई संगणनाओं के लिए क्वांटम बिट मेमोरी स्पेस को "क्यूबिट" कहा जाता है। नैनोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों के स्पिन की क्वांटम अवस्था द्वारा क्वबिट को एन्कोड किया जाता है। स्पिन या तो सेमीकंडक्टर क्वांटम डॉट या डोपेंट [23] द्वारा सीमित है।

रेडियो

नैनोरैडियोस को कार्बन नैनोट्यूब के आसपास संरचित विकसित किया गया है।[24]

ऊर्जा उत्पादन

पारंपरिक प्लानर सिलिकॉन सौर सेल की तुलना में सस्ता और अधिक कुशल सौर सेल बनाने की उम्मीद के साथ नैनोवायर और अन्य नैनोस्ट्रक्चर सामग्री का उपयोग करने के लिए अनुसंधान जारी है।[25] यह माना जाता है कि अधिक कुशल सौर ऊर्जा के आविष्कार का वैश्विक ऊर्जा जरूरतों को पूरा करने पर बहुत प्रभाव पड़ेगा।

बायो-नैनो जनरेटर एक ईंधन सेल या गैल्वेनिक सेल की तरह एक नैनोस्केल इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरण है, लेकिन एक जीवित शरीर में रक्त ग्लूकोज से शक्ति खींचता है, ठीक उसी तरह जैसे शरीर भोजन से ऊर्जा उत्पन्न करता है। प्रभाव को प्राप्त करने के लिए, एक एंजाइम का उपयोग किया जाता है जो अपने इलेक्ट्रॉनों के ग्लूकोज को अलग करने में सक्षम होता है, उन्हें विद्युत उपकरणों में उपयोग के लिए मुक्त करता है। औसत व्यक्ति का शरीर, सैद्धांतिक रूप से, बायो-नैनो जनरेटर का उपयोग करके 100 वाट बिजली (प्रति दिन लगभग 2000 खाद्य कैलोरी) उत्पन्न कर सकता है।[26] हालाँकि, यह अनुमान तभी सही होता है जब सभी भोजन को बिजली में परिवर्तित कर दिया गया हो,

और मानव शरीर को लगातार कुछ ऊर्जा की आवश्यकता होती है,

इसलिए उत्पन्न होने वाली संभावित बिजली बहुत कम है। इस तरह के एक उपकरण से उत्पन्न बिजली शरीर में एम्बेडेड उपकरणों (जैसे पेसमेकर), या चीनी से भरे नैनोरोबोट को बिजली दे सकती है। बायो-नैनो जेनरेटर पर अधिकांश शोध अभी भी प्रायोगिक है, जिसमें पैनासोनिक की नैनोटेक्नोलॉजी रिसर्च लेबोरेटरी सबसे आगे है।

मेडिकल डायग्नोस्टिक्स

नैनोइलेक्ट्रोनिक उपकरणों के निर्माण में बहुत रुचि है[27][28][29] यह चिकित्सा निदान के रूप में उपयोग के लिए वास्तविक समय में बायोमोलेक्यूलस की सांद्रता का पता लगा सकता है,[30] इस प्रकार नैनोमेडिसिन की श्रेणी में गिरना।[31] अनुसंधान की एक समानांतर रेखा नैनोइलेक्ट्रोनिक उपकरणों को बनाने की कोशिश करती है जो बुनियादी जैविक अनुसंधान में उपयोग के लिए एकल कोशिकाओं के साथ बातचीत कर सकती है।[32] इन उपकरणों को नैनोसेंसर कहा जाता है।विवो प्रोटिओमिक सेंसिंग में नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स पर इस तरह के लघुकरण को स्वास्थ्य निगरानी, निगरानी और रक्षा प्रौद्योगिकी के लिए नए दृष्टिकोणों को सक्षम करना चाहिए।[33][34][35]







संदर्भ

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अग्रिम पठन

बाहरी संबंध

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