После принципиального шага в развитии электроники – перехода к интегральным схемам – в соответствии с законом Мура шел процесс дальнейшей миниатюризации устройств и уменьшения их электропотребления. Например, в ближайшие годы предполагается уменьшение размера микрофона мобильного телефона настолько, что он будет сопоставим с толщиной человеческого волоса. На рисунке 6.1 приведены для сравнения фотографии первой интегральной схемы Дж. Килби (1958) и первой интегральной схемы на одной углеродной нанотрубке (2006). Плотность информации в устройствах современной наноэлектроники сопоставима с плотностью информации, зашифрованной в ДНК.

Специалисты области микроэлектроники обоснованно называют её развитие одним из стратегических направлений мирового научно-технического прогресса. Именно развитие микроэлектроники сделало возможным реализацию идей нанотехнологии и послужило од-ним из объективных факторов, вызвавших третью научно-техническую революцию. И в настоящее время электроника является основной практической областью применения нанотехнологии. Вместе с тем наноэлектроника отличается от микроэлектроники рядом существенных моментов. Это совершенно новая область науки и техники, которая использует быстродействующие и сверхминиатюрные системы, функционирующие на основе квантовых эффектов. Удивительные новые возможности наноэлектроники сопровождаются неизвестными ранее трудностями, связанными с квантовой природой процессов в ее устройствах. Такая ситуация вообще характерна для наноструктур. Возникают проблемы, связанные с различными пределами (ограничениями), обусловленными фундаментальными законами физики: предел однозначного представления и обработки информации; предел, связанный с тепловым делением; предел терминированного (точного) управления устройствами и т. д.

Например, серьезную проблему для компьютеров составляет тепловыделение, которое уже сейчас близкая к критическому. Плотность упаковки элементов на чипе лимитируется не только размерами атомов, но ипринципом Ландауэра, по которому потеря каждого бита информации поводит к выделению тепла в количестве k Б T ln 2, где k Б – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, ln 2 ≈ 0,7. Чем больше скорость компьютера, тем больше тепловыделение. Для борьбы сперегревом в суперкомпьютерах предлагается создавать локальные низкие температуры или даже размещать на компьютере на геостационарных орбитах, используя низкую температуру космоса. Выгодная особенность оптических компьютеров как раз состоит в том, что в них свет проходит через оптическую систему практически без тепловыделения, тепло выделяется только в детекторах, считывающих информацию.

Именно тепловыделение создает основные трудности для реализации суперкомпьютера с частотой 3 – 10 квадриллионов (10 15) в секунду (3–10 petaflops). Группа японских компаний надеется достичь такого предела к 2011 г. за счет проекта в 700 млн долларов. В 2006 г. в Иокогаме был продемонстрирован петафлопный суперкомпьютер MDGrape-З с рекордной теоретической производительностью 1 квадриллион операций в секунду. Специалисты компании «IBM», одного из лидеров в области суперкомпьютеров, сравнивают производительность такой системы с производительностью стопки ноутбуков высотой около 2400 м.

Стоит вспомнить, что первая электронно-вычислительная машина ENIAC, созданная в 1946 г. «IBM» по заказу Министерства обороны США, производила 5 тыс. операций в секунду. При этом она весила 30 т и состояла из 18 тыс. электронных ламп.

Еще один пример физического предела, связанного с переходом к наноразмерам, – предельная толщина изолирующего слоя оксида кремния в транзисторе. Если слой тоньше 1,5–2 нм (4–5 молекул), возникают неконтролируемые туннельные переходы и перегревы.

В кратком изложении трудно описать все проблемы и перспективы наноэлектроники. Выделим нижеследующие.

Переход на наноразмеры поставил задачу создания молекулярного компьютера, который должен включать молекулярные транзисторы, наноустройства памяти, наноразмерные провода. Если молекулярный транзистор будет размером порядка 1 нм (3–5 размеров атома), плотность размещения элементов электроники возрастет по сравнению с нынешней в 10 тыс. раз. Однако нанотранзистор – это квантово-механическое устройство, и протекающий через него ток нельзя рассматривать как непрерывный поток электронной «жидкости»: он дробится на небольшое число электрических зарядов. Конструирование и использование нанотранзистора базируются на законах квантовой механики и достаточно сложны.

Любой транзистор представляет собой систему, в которой можно управлять силой тока между двумя элементами влиянием на них третьего элемента. Молекулярный транзистор может представлять собой всего одну молекулу с переменными электрическими свойст­вами. Таким образом, в ней будут совмещены все три элемента транзистора. Например, молекула фотохромного соединения меняет свою конфигурацию в результате электрохимического окисления. Уже созданы нанотранзисторы на основе углеродных нанотрубок, фуллеренов и пр.

В микроэлектронике в транзисторах используется полупроводник, так как в нем легко управлять концентрацией носителей заряда. Но полупроводниковыми свойствами могут обладать также кластеры металла при определенном числе атомов в них. Для стабильности системы берутся кластеры с магическим числом атомов.

Полученные результаты научных исследований пока не привели к созданию массовой технологии нанотранзисторов, но ведущие лаборатории мира и крупнейшие фирмы в области электроники ведут активную работу и не расшифровывают полностью свои практи­ческие разработки, имеющие большое экономическое и военное значение.

Важная составляющая молекулярного компьютера – память – будет четко разделяться на оперативную, быстродействующую, и память более «медленную», но зато с длительным хранением информации. Отдельным элементом памяти также может быть отдельная молекула, которая под внешним воздействием (например, лазерного излучения) меняет свое состояние. Два состояния молекулы соответствуют двоичному коду. В этом случае возможны проблемы, связанные с самопроизвольным переходом молекулы в другое состояние из-за теплового движения или туннельного перехода, что приведет к потере информации.

И наконец, еще одна необходимая составляющая молекулярного компьютера – нанопровода, соединяющие все его элементы. Здесь вы двигаются различные вари анты. Один из них – использование углеродных нанотрубок, в том числе наполненных атомами металла. Возможно использование макромолекул полимеров, проводящих электрический ток. В 2005 г. в журнале «Nature» появилось сообщение о «микробной нанопроволоке», которую вырабатывают микроорганизмы Geobacter (рис. 6.2). Они при переработке отбросов сточных вод превращают химическую энергию в электроэнергию. Этот процесс сопровождается построением электропроводящих структур. Заметим, что планируется использование колоний этих бактерий для биологической очистки воды от химикатов, нефти и тяжелых металлов, а также для получения батарей нового типа, актуальных для глубоководных сенсоров. Появлялись сообщения о металлизации паутины, нитей дрожжевых белков и пр.

Во всех случаях главной остается проблема присоединения нанопровода к другим наноэлементам молекулярного компьютера. Для массовой технологии таких способов пока нет. Надежды, как часто в нанотехнологии, связаны с развитием механизмов самоорга­низации.

Разновидностью молекулярного компьютера является биологический компьютер, все части которого построены из биомолекул. В частности, им активно занимается Американское агентство оборонных перспективных исследовательских разработок «DARPA» (именно в его недрах родился Интернет).

Возможно, в будущем подобные устройства будут вживляться в человеческий организм в качестве постоянного активного сенсора.

В этой статье мы рассмотрим основные типы и механизм работы дистанционных устройств прослушки.

Многообразие

Технология микрофонов для прослушки на расстоянии разнится в зависимости от их типа. По принципу работы можно выделить три категории дистанционных подслушивающих устройств:

1. Микрофон направленного действия;
2. Лазерный микрофон;
3. Устройство прослушки через стену.

Микрофон направленного действия

Микрофон направленного действия используют для дистанционной прослушки на открытой местности и записи разговора по телефону. Главная проблема направленных микрофонов - расстояние до источника звука. Уже на дистанции в сто метров звук ослабеет настолько, что отделить речь от помех почти невозможно.

Существует 4 типа подслушивающих механизмов направленного действия:

Профессионалы используют весь калейдоскоп направленных подслушивающих устройств. Однако большей части из этого списка в продаже нет. «Простым смертным» доступны параболические микрофоны, которые вы можете купить в специальных интернет-магазинах жучков.

Лазерный микрофон

С помощью лазерного подслушивающего устройства вы можете услышать, что творится в помещении. Он считывает вибрацию окна в комнате. Прибор посылает лазерный луч на стекло. Отразившись от стекла, изменённый колебаниями лазер возвращается в прибор. Устройство расшифровывает сигнал, и мы слышим звук.

Дальность использования лазера - до 0,5 километра. Вам не придётся выдавать своё положение объекту прослушки. Без подозрительных жучков можно слушать любой сокровенный разговор по телефону.

Самый дешёвый лазерный микрофон в Москве стоит около полумиллиона рублей . Можно купить дешёвые версии кустарного производства, однако, они будут работать неправильно. Если вообще будут работать.

Устройство прослушки через стену

Если вас и цель прослушки разделяет лишь бетонная стена, то выбирайте именно этот прибор. Микрофон улавливает малейшие вибрации стены и преобразует в звук. По принципу работы он похож на лазерный. Единственное исключение - вам придётся быть хотя бы в соседней комнате .

Чтобы устройство работало правильно, необходимо настроить звук. Для этого прислоните микрофон к стене и регулируйте чувствительность. Как только вы услышите понятную речь, можно пользоваться.

Прибор направленной прослушки через стену дешёвый. Вы можете купить его в специальных магазинах жучков и телефонов примерно за пять тысяч рублей.

Мы рассмотрели типы подслушивающих устройств на расстоянии. Вы наверняка уже выбрали для себя, каким видом устройств заменить пресловутые жучки. В следующем параграфе мы рассмотрим популярные модели подслушивающих устройств.

Фавориты на рынке

Параболический микрофон Супер Ухо 100

Как и во всех параболических устройствах, здесь используется вогнутая параболическая тарелка из пластика . В данном устройстве есть наушники и бинокль с восьмикратным увеличением. Встроенный диктофон позволяет записывать короткие разговоры. Вы можете подключить наушники, чтобы ничто не мешало прослушивать цель.

Микрофон с тарелкой позволяет слушать разговор на расстоянии до ста метров. Усиление звука до 70 дБ делает Супер Ухо 100 крайне чувствительным, при этом вы можете настроить его на максимальную мощность в 105 дБ и вести запись любого разговора по телефону.

Питается этот красавец от 9-вольтовой «кроны» , которая будет жить 55 часов. Весит чуть больше килограмма. Благодаря стойкой конструкции, способен слушать окружающую среду и телефоны в любые мороз и зной.

Цена Супер Ухо 100 колеблется от 3500 до 5 тыс. рублей.

Направленный микрофон Юкон

Как и предыдущий экземпляр, может уловить звуки за сто метров . Однако у него нет специальной тарелки, а по размерам он меньше сценического микрофона. Время работы от аккумулятора - до 300 часов.

Ветер с ним не будет помехой, поскольку Юкон оборудован современной системой шумоподавления. Громкость и силу звука вы можете регулировать самостоятельно.

Микрофон можно прикрепить к биноклю, подзорной трубе или камере. Вам будет удобно не только слушать цель, но и наблюдать за ней. Также есть крепёж для штатива.

Таким устройством с охотой пользуются репортёры и операторы в звуковых студиях , потому что с ним не составит труда записать звук профессионального качества.

Цена Юкон - от 4200 до 6 тыс. рублей.

Заключение

Мы рассмотрели подслушивающие устройства, которыми можно заменить жучки. Их может позволить себе человек любого достатка и профессии. При этом не нужно быть рядом с целью, а жучок не вызовет подозрения.

Однако помните, что незаконный шпионаж уголовно наказуем . Вы можете попасть в места не столь отдалённые надолго лишь за то, что без согласия цели и закона установили жучок или вели запись секретного разговора. Поэтому убедитесь, что не преступаете закон. Пусть вашими поступками руководит ваша совесть.

Доброе время суток. Мы продолжаем наши статьи для новичков и к вашему вниманию представляем еще один вариант простого - жучка. Конструкция достаточно проста и думаю проблемы с ней не возникнут. Устройство собрано навесным монтажом, микрофон любой электретный, лучше подобрать с большой чувствительностью. Данное прослушивающее устройство обеспечивает дальность приема до 100 метров. Питанием жучка служит литиевая таблетка с напряжением 3 вольта. Принципиальная схема жучка:

Рассмотрим сxему устройства. Катушка содержит 6 витков провода с диаметром 0,5 мм, мотают ее на пасте от обыкновенной ручки, если нужно питать от кроны, нужно поднять номинал резистора 220 ом до 330 ом. Резистор 4,7 килоома регулирует ток микрофона.

Его номинал тоже пропорционально зависит от напряжения питания. После намотки, в катушку вставляют небольшую губку и заливают парафином. Это сделано для устранения микрофонного эффекта. Антенна - кусок изолированного провода длинной 20 сантиметров, можно и больше.

Настройку делают следующим образом - включают радиоприемник на частоту 93 мегагерц и крутят переменный конденсатор с емкостью 33 пикофарад, что стоит в колебательном контуре генератора. Крутим медленно, пока не услышим писк в динамике радиоприемника. Дальше оставляем жук в покое и настройку делаем от приемника снижая частоту до 91 мегагерц если сигнал начинает теряться, то частоту поднимаем до 95 пока не уловим частоту жучка. Если слышны искажения в разговоре, то снижаем емкость конденсатора 1000 пикофарад и на его место ставим конденсатор 220 пикофарад.

Готовое устройство ставим в удобный корпус. Антенну можно накрутить на пальчиковую батарейку, так чтобы она приняла форму пружины и спрятать ее внутри корпуса с жучком. Ток потребления жучка в пределаx 5 милиампер. Прослушивающее устройство готово к использованию. Схему прислал - АКА.

Обсудить статью ПРОСЛУШИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Наноэлектроника – область современной электроники, занимающаяся разработкой физических и технологических основсоздания интегральных электронных схем и устройств на их основе с размерами элементов менее 100 нм.

Основная задача наноэлектроники состоит в разработке новых электронных устройств со сверхмалыми размерами, создании методов их получения и объединения в интегральные схемы. Научные исследования и технологические разработки в наноэлектронике опираются на передовые знания в области электроники, механики, материаловедения, физики, химии, биологии и медицине. И объединяет их объект исследований – структуры со сверх малым и размерами и необычными для «большого» мира свойствами. основной тенденцией развития всей электроники в целом является миниатюризация, или уменьшение массы и размеров электронных приборов и устройств. Последовательные технологические переходы от электротехнических компонентов – к электронным лампам, от ламп – к транзисторам, от транзисторов – к интегральным схемам позволили создать современные мобильные телефоны, карманные компьютеры, индивидуальные медицинские аппараты и многие другие продукты электроники, прочно вошедшие в жизнь современного человека.

Термин «наноэлектроника» неразрывно связан с термином «микроэлектроника» и отражает переход современной полупроводниковой электроники с характерными размерами в микронной и субмикронной области к элементам с размером в нанометровой области. Принципиально новая особенность наноэлектроники связана с тем, что в элементах таких размеров начинают преобладать квантовые эффекты, т.е. в наноэлементе рассматриваются уже не электроны, как частицы переносящие заряд, а их волновые функции. Они и определяют специфические электронные, оптические, магнитные, химические, биохимические и другие свойства материалов и изделий. Как правило, наноэлектронный элемент состоит из набора квантовых ям и потенциальных барьеров, и его энергетическая диаграмма существенно меняется с добавлением лишь одного электрона. Малая инерционность электронов позволяет эффективно использовать их взаимодействие с микрополями внутри атома, молекулы, кристаллической решетки для создания приборов и устройств нового поколения, в которых это взаимодействие используется для передачи, обработки и хранения информации. Единственным сдерживающим фактором развития наноэлектроники на сегодняшний день являются недостаточно совершенные технологии. Развитие науки происходит стремительно, изобретения появляются с удивительной скоростью, так что будущее сулит новые достижения на основе новых принципов работы на уровне отдельных атомов.

Шишкин Г. Г., Агеев И. М.

Рассматриваются особенности квантовых компьютеров, электронных устройств на сверхпроводниках, а также приборов нанобиоэлектроники. Каждая глава снабжена контрольными вопросами и заданиями для самоподготовки.

Для студентов технических вузов, аспирантов, преподавателей и практических специалистов в области электроники.

Издательство: БИНОМ. Лаборатория знаний
Год издания: 2011
Формат: 60x90/16
Страниц: 408

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Раздел 1. Физические и технологические основы

наноэлектроники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

Глава 1. Теоретические основы наноэлектроники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

Основные положения квантовой механики,

используемые в наноэлектронике. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.2. Момент импульса и спин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

1.3. Магнитный резонанс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.4. Туннельный переход через потенциальный барьер. . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.5. Квантовые потенциальные ямы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.6. Интерференционные эффекты в наноструктурах. . . . . . . . . . . . . . . . . .27

Элементы зонной теории и транспортные явления

в наноразмерных структурах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

1.8. Сверхрешетки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Плотность энергетических состояний

в низкоразмерных структурах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

1.10. Одноэлектроника. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

Физические основы спинтроники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Контрольные вопросы и задания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Глава 2. Физические свойства наноструктур

и наноструктурированных материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.1. Классификация низкоразмерных структур и наноматериалов. . . . . . . . . 54

2.2. Свойства двумерных структур. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

2.3. Свойства одномерных структур и материалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

2.4. Свойства углеродных наноструктур. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80

Свойства наночастиц и материалов с наночастицами. . . . . . . . . . . . . . . . .92

Контрольные вопросы и задания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

Глава 3. Технология создания наноматериалов

и наноструктур и методы их диагностики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

3.1. Методы диагностики нанообъектов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

Эпитаксиальные методы создания тонких пленок

и гетероструктур. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104

3.3. Технология создания квантовых точек и нитей. . . . . . . . . . . . . . . . 112

Основные технологические методы создании

углеродных наноматериалов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118

3.5. Методы зондового сканирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122

Нанолитография. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124

Контрольные вопросы и задания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Раздел 2. Наноэлектронные приборы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

Глава 4. Полупроводниковые гомо+ и гетероструктуры

и приборы на их основе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

4.1. Электрические гомо+ и гетеропереходы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131

4.2. Туннельные диоды. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159

4.3. Биполярные транзисторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168

Полевые транзисторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

Контрольные вопросы и задания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .232

Глава 5. Наноэлектронные приборы на основе

квантово+размерных структур. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

5.1. Резонансно+туннельные приборы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

5.2. Одноэлектронные приборы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

5.3. Спинтронные приборы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

5.4. Полупроводниковые фотоприборы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

Полупроводниковые инжекционные лазеры и светодиоды. . . . . . . . . . . 290

Контрольные вопросы и задания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

Глава 6. Базовые логические элементы квантовых компьютеров. . . . . . . 318

6.1. Общие сведения о квантовых компьютерах. . . . . . . . . . . . . . . . . .318

Базовые элементы полупроводникового кремниевого

квантового компьютера на основе ядерно+магнитного

резонанса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .324

Базовые элементы для квантовых компьютеров

на квантовых точках. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

Логические элементы квантовых компьютеров

на сверхпроводниках. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

Контрольные вопросы и задания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .341

Глава 7. Сверхпроводимость и электронные устройства

на сверхпроводниках. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342

7.1. Основные свойства сверхпроводящего состояния. . . . . . . . . . . . . 342

7.2. Сверхпроводники 1+го и 2+го рода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .355

Джозефсоновские переходы и их модели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .364

7.4. Аналоговые сверхпроводниковые устройства. . . . . . . . . . . . . . . . 374

Криотроны, логические элементы и элементы памяти

на джозефсоновских переходах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .383

Электронные устройства, использующие ВТСП. . . . . . . . . . . . . . . . . . 389

Контрольные вопросы и задания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

Глава 8. Нанобиоэлектроника. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391

8.1. Общие положения и термины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391

8.2. Электропроводные свойства ДНК. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .394

8.3. Приборы на основе биоэлектроники. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

Конечный биоавтомат Шапиро. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401

Контрольные вопросы и задания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403

Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .404