Как это ни парадоксально, но основным инструментом современной микроэлектроники является свет, точнее, ультрафиолетовые лучи с длиной волны 151 нм. Сегодня 65-нанометровый «рисунок» внутренней структуры процессора или кристалла флеш-памяти наносится на кремниевую пластину, покрытую тончайшим слоем фоторезистивного материала с помощью фотошаблона и излучения эксимерного лазера, работающего в жестком ультрафиолете. Этот способ отдаленно напоминает фотопечать снимков. Как и в фотопроцессе, за экспозицией следует проявка, а за ней прочие этапы планарной технологии изготовления микросхем (напыление, диффузия, отмывка и т. д.). И в массовом производстве электроники отказываться от электромагнитного излучения и фотошаблонов пока никто не собирается, даже при переходе на технологию с шагом элементов 22 нм. Более того, проводят эксперименты, в том числе и в России, с экстремально жестким ультрафиолетовым излучением, имеющим длину волны всего 13,5 нм. Правда, особо горячие головы склонны считать, что все эти достижения производителей микросхем совсем даже не относятся к области нанотехнологии, полагая, что «нано» начинается только там, где малый размер структуры обеспечивает новому материалу или устройству уникальные физические и потребительские свойства.
У миниатюризации, естественно, имеется предел. Поскольку все сделано из атомов, то и транзистор должен состоять хотя бы из не скольких этих элементарных кирпичиков вещества, чтобы электронам, несущим информацию, было где остановиться в ожидании прихода следующей порции данных. Время межатомного взаимодействия измеряется фемтосекундами (10-15 секунд).
Компьютер, работающий на тактовой частоте в несколько терагерц и состоящий из триллионов сверхминиатюрных логических элементов, легко разместится внутри макового зернышка. Причем он будет потреблять так мало энергии, что это чудо техники можно будет вживить человеку. Так что в не столь отдаленном будущем каждый желающий сможет существенно повысить свои познания, интеллектуальные возможности и объем памяти, просто имплантировав миниатюрный суперкомпьютер себе под кожу.
Старые рецепты
Глубоко не правы те, кто полагает, что нанотехнологии родились лишь в конце XX века и до того люди вообще не умели делать ничего размером меньше десятых долей миллиметра. Хорошо наточенный нож или бритва имеют режущую кромку толщиной порядка микрона (0,001 мм). Наночастицы сажи уже 100 лет добавляют в резину при изготовлении автомобильных покрышек. Более века ученые используют в своих приборах так называемые нити Волластона — платиновые и золотые нити диаметром существенно меньше одной тысячной доли миллиметра. Хрестоматийным примером древнейших нанотехнологий является сусальное золото, тончайшими пластинками которого и сегодня покрывают оклады икон и художественные изделия, а в древности золотили купола церквей. При этом после многократной ковки из 2—3 граммов золота получается почти квадратный метр покрытия толщиной менее микрона. Несмотря на все успехи химии и электролизного дела, этот метод и сегодня остается самым экономичным по расходу золота. Наноуровневые процессы лежат в основе виноделия, хлебопечения и сыроварения. С частицами вещества размером меньше микрона работают фотографы и художники. В фотоэмульсиях и красках встречаются очень маленькие кристаллики, а струйные принтеры «стреляют» капельками чернил размером в сотые доли микрона. При записи голограммы возникают структуры хотя бы по одному направлению (обычно в глубину), имеющие размер существенно меньше одной тысячной миллиметра. Ставшие привычными голографические значки на этикетках и акцизных марках, по сути, продукт нанотехнологический. Химики тоже давно осознали важность микроструктуры катализатора для процесса синтеза и старательно измельчают частицы платины и других «ускорителей» химических реакций. Естественно, что в этих древних и не очень примерах микроскопические структуры возникают в ходе вполне макроскопических действий и в современном понимании не являются продуктом наномасштабного производства.
Необычные материалы
Если оставить в стороне микроэлектронику, то самыми массовыми нанопродуктами окажутся разного рода сплавы, покрытия и композитные материалы, приобретающие особые свойства благодаря своей микроструктуре. Аморфные и нанодисперсные состояния многих металлов кардинально отличаются по своим характеристикам от их кристаллических форм. При этом в одном материале порой удается совместить крайне противоречивые механические свойства: одновременно увеличить твердость и пластичность. Еще шире перспективы применения разного рода композитов, когда в относительно мягкую, например хромовую, матрицу вводится крайне твердый материал —карбид вольфрама. В этом случае получается всем давно известный твердый сплав победит. Однако если полвека назад его делали, используя частички карбида размером с десятки микрон, то сегодня используют порошки размером существенно меньше микрона. Благодаря этому он не только становится тверже, но и более гладко режет сталь.