سیستم‌های نانوالکترومکانیکی

این هم یک مقاله در رابطه با علم نانو پیشنهاد میکنم حتما چند دقیقه وقتتون رو بزارید و این مطلب رو بخونید...البته در ادامه مطلب

در اواخر 1950، فیزیکدانی به نام ریچارد فاینمن، با پیشنهاد جایزة 1000 دلاری برای اولین فردی که موفق به ساخت موتور الکتریکی "کوچکتر از1/₆₄ اینچ" شود، توجه مردم را به این موضوع جلب کرد.

در کمال حیرت، ویلیام مک‌لیلان، با کوشش فراوان و صرف ساعات بسیار خسته‌کننده، توانست این کار را با انبرک دستی و یک میکروسکوپ انجام دهد (شکل 1).

شکل1

 (a)ریچارد فاینمن در حال تماشای میکروموتور ساخته شده توسط ویلیام مک‌لیلان (اولین موتور کوچکتر از اینچ)

(b) تصویرمیکروسکوپ نوری از موتوری به عرض 3.81 میلیمتر. شی بزرگی که در بالای آن دیده می‌شود، سر یک پین می‌باشد. (عکس از: Caltech Archives).

موتور مک‌لیلان در حال حاضر در مؤسسه فن‌آوری کالیفرنیا در معرض نمایش بوده و مدتها است که از چرخیدن بازمانده است. هدف فاینمن از این کار، به حرکت درآوردن چرخ‌های دانشگاهها و آزمایشگاهها و حتی خطوط تولید صنعتی بود. سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS) که به طور جدی از اواسط دهة 1980 ایجاد گردیدند، به حدی از رشد و بلوغ رسیده‌اند که اکنون فقط در مورد تولید انبوه موتورهای کوچک ـ صدها بار کوچکتر از موتورمک‌لیلان ـ نسبتاً به مشکل برخورده‌ایم. در همین راستا انجمن MEMS برخی تولیدات واقعاً شگفت‌آور را ارائه داده است. از پروژکتورهای دیجیتالی شامل میلیون‌ها میکروآیینه الکتریکی گرفته تا میکروحسگرهای حساس به حرکت که در کیسة هوای ماشین‌ها به کار می‌روند. (شکل 2).

a) میکروموتور الکترواستاتیکی MEMS ساخته شده از سیلیکون

b) میکروآینیه‌های مکانیکی در قلب پردازندة دیجیتال (عکس از Texas Instruments)

دانشمندان و مهندسانی که در زمینه اتصالات میکروحسگرها و ابزارهای دیگر تحقیق می‌کنند، با استفاده از آزمایشگاهها و ایده‌های نو، گسترة جدیدی در این زمینة ایجاد کرده‌اند. ابزارهای این دانشمندان به مرزهای بسیار دور نیز اعمال می‌گردد، از اعماق دریا و پوسته زمین گرفته تا مناطق دوردست فضا و سیارات دوردست. چنین میکروحسگرهای راه‌دور با خواصی مانند مقاومت در برابر تغییرات شرایط و نیز هزینه اندکشان، اطلاعات فراوانی در مورد محیط پیرامون ما در اختیارمان می‌گذارد.

MEMS منجر به پیوند میان فرآیندهای نیمه‌هادی و مهندسی مکانیک می‌گردد؛ در مقیاس بسیار کوچک این زمینه طی دهة اخیر رشد چشمگیری داشته است. شرکتهای زیادی ـ از غول‌های نیمه‌هادی تا شرکتهای نوپا ـ به سرعت به سوی فعالیت‌های مقیاس میکرو پیش می‌روند. اما تا به حال در ابعاد زیر میکرومتر توسط MEMS کارهای اندکی انجام گرفته است.

در حالی که کارهای اخیر در میکروالکترونیک دارای تولید انبوه با اندازه هایی در حدود 0.18 میکرون می باشند.

در واقع SEMATECH( یک مجمع فکری برای مشاوره شرکتهای نیمه هادی در آمریکا) پیش بینی میکند که تا سال 2010 ، کمترین اندازه در چنین ابزاری به 70 نانومتر خواهد رسید.

برای دستیابی به این اهداف و پیشرفت‌هایی که برای جریان اصلی الکترونیک پیش‌بینی می‌گردد، وقت آن است که انقلابی در زمینه سیستم‌های نانوالکترومکانیکی (NEMS) از جمله، ماشین‌ها، حسگرها، کامپیوترها و الکترونیک در مقیاس نانو، رخ دهد.

چنین تلاش‌هایی زمینة کار گروه فاینمن در Caltech و گروههای دیگر در نقاط مختلف جهان در حال انجام است. پتانسیل‌های این زمینه فراوان می‌باشد و می‌تواند در زمینه‌های متنوعی از پزشکی و بیوتکنولوژی تا مبانی مکانیک کوانتوم مثمرثمر باشد.

 در این مقاله به جنبه‌های مهیج NEMS و تلاش‌هایی که باید برای رسیدن به آن اعمال شود، پرداخته شده است.
 

یک سیستم الکترومکانیکی چیست ؟

یکی از اولین ابزارهای الکترومکانیکی در سال 1785، توسط چارلز آگوستین دکولمب برای اندازه‌گیری بار الکتریکی ساخته شد. تعادل پیچشی الکتریکی او شامل دو توپ کروی فلزی است. یکی ثابت و دیگری متصل به یک میله متحرک ـ که مثل دو صفحة یک خازن عمل می‌کنند. اختلاف بار بین آنها به یک نیروی جاذبه تبدیل می‌گردد. عناصر مهمی که در اکثر سیستمهای الکترومکانیکی استفاده می‌گردند (عنصر مکانیکی و مبدل) در این ابزار آشکار می‌باشد.

عنصر مکانیکی در اثر نیروی اعمال شده به نحوی یا منحرف می‌گردد و یا به ارتعاش درمی‌آید. برای اندازه‌گیری نیروهای شبه‌استاتیک نوعاً می‌توان از فنـر ضعیفی که با نیروی کمی به میزان زیادی منحرف می‌گردد، استفاده کرد. برای اندازه‌گیری نیروهای متغییر با زمان بهتر است که از نوسانگرهای مکانیکی با تلفات کم که به خوبی به سیگنال‌های نوسانی با دامنه کم جواب می‌دهند استفاده گردد.

انواع متنوعی از عنصرهای مکانیکی را برای حس کردن نیروهای استاتیک یا متغیر با زمان می‌توان به کاربرد. تعادل پیچشی (ساخت کلمب) و بازوهایی که اکنون در میکروسکوپی پروب پیمایشگر استفاده می‌گردند، از این نوع‌اند. برای دستیابی به حساسیت فوق‌العاده زیاد، ابزارهای ظریفی استفاده می‌گردند، از جمله: ساختارهای نوسانی مرکب، شامل اجزاء پیچیده و نوسانات طولی و پیچشی. این پیچیدگی را می‌توان برای کم کردن ارتعاش استفاده کرده و با تنظیمات خاص میزان خطا را کم کرد.

مبدل‌های NEMS و MEMS انرژی مکانیکی را به سیگنال‌های الکتریکی یا نوری و بالعکس تبدیل می‌کنند. برخی مواقع مبدل ورودی به سادگی نوسان‌های ماندگار در عنصر مکانیکی ایجاد می‌کند در حالی که ویژگیهای آن حاکی از وجود اغتشاش در سیستم است. در این صورت چنین اغتشاشاتی، علاوه بر سیگنال ورودی، دقیقاً همان سیگنال‌هایی هستند که ما می‌خواهیم اندازه‌ بگیریم. این امر ممکن است شامل موارد زیر باشد: تغییرات فشار که بر عمر مکانیکی ابزارها مؤثر است یا حضور مواد شیمیایی جذب شده که که جرم نوسان‌گرهای نانومتری را تغییر می‌دهد یا تغییرات دما که می‌تواند الاستیسته یا کشش درونی را تغییر دهد. دو مورد آخر منجر به تغییر فرکانس ارتعاش می‌گردند.

به طور کلی، خروجی یک ابزار الکترومکانیکی، حرکت یک عنصر مکانیکی می‌باشد. دو نوع عکس‌العمل عمده وجود دارد:

عنصر مکانیکی به سادگی تحت تاثیر نیروی اعمالی می‌تواند منحرف گردد و یا دامنة نوسانش تغییر کند (شکل 3).

شکل 3:

a) الکترومتر در قلب خود دارای یک نوسانگر مکانیکی می‌باشد که از سیلیکون بر روی عایق ساخته شده است و با عبور جریانی با فرکانس رادیویی از میان الکترود طلایی حلقوی در حضور یک میدان مغناطیسی قوی شروع به چرخش می‌کند. میدان الکتریکی ناشی از حرکت پیچشی به وجود آمده، توسط الکترود آشکارساز، اندازه‌گیری می‌شود. اگر باری بر روی الکترود گیت قرار گیرد، میدان الکتریکی حاصله فرکانس را به‌گونه‌ای تغییر می‌دهد که نوسانگر بچرخد.

b) نسل اول و دوم الکترومترهای مکانیکی که در Caltech ساخته شده است.

 آشکار کردن هر دو نوع عکس‌العمل‌ نیاز به مبدل خروجی دارد. این مبدل غالباً از مبدل ورودی مجزا می‌باشد. در مورد دستگاه ساخته شده توسط کولمب، مبدل خروجی (یا مبدل قرائت خروجی)، "نوری" بود؛ وی به سادگی و با استفاده از چشمانش انحراف‌ها را ضبط می‌گردد. اما امروزه ابزارهای مکانیکی شامل مبدل‌هایی بر مبنای مکانیزم‌های فیزیکی، نظیر پیزوالکتریک و اثرات حرکت مغناطیسی، تونل زنی، نانومغناطیس و نیز الکترواستاتیک و اپتیک می‌باشند.

فایدة نانوماشین‌ها

 خطوط تمیز در نیمه‌هادی‌ها

ابزارهای نانومکانیکی نوید انقلابی جدید در اندازه‌گیری جابجایی‌های فوق‌العاده کوچک و نیروی‌های فوق‌العاده ضعیف، علی‌الخصوص در مقیاس مولکولی را می‌دهند. در  واقع با فنون نانو ماشین کاری موجود ، جرم MEMS در حدود چند آتوگرم (10^-18) و عرض مقطع آن در حدود 10 نانومتر می باشند.(شکل 4)

شکل 4: پیشرفت‌های مداوم در فرآیندهای ساخت نانو منجر به پیشروی به سمت ساختارهای ایده‌آل شده است.

a) یک انبرک اولیة غیر ظریف که از دو طرف مهار شده است. این انبرک بر روی یک سطح سیلیکون ایجاد شده است.

b) نوسانگر پیچشی مرکب که از سیلیکون بر روی عایق ساخته شده است.

c) ابزاری که از آرسنید گالیم ساخته شده است و برای اندازه‌گیری نیروی‌های کوچک در فرکانس‌های بالا استفاده می‌گردد.

 جرم و اندازة کوچک NEMS منجر به ایجاد پتانسیل بسیار زیادی برای کاربردهای جدید و اندازه‌گیریهای بنیادی می‌گردد.

سیستم‌های مکانیکی در فرکانس زاویه‌ای طبیعی خود،w₀ ، نوسان می‌کنند.
این فرکانس می‌تواند با رابطةw₀=(K_eff/M_eff)^1/2 تقریب زده شود که در آن K_eff، ثابت مؤثر فنر و M_eff جرم مؤثر می‌باشد. (منظور از واژة مؤثر، مجموعة مرکب معادلات الاستیسسته است که بر پاسخ مکانیکی این اشیاء حاکم می‌باشد).
 اگر اندارة ابزار مکانیکی را به‌گونه‌ای کاهش دهیم که شکل کلی آنها حفظ گردد، در این صورت همان‌طور که دیمانسیون خطی، I، کاهش می‌یابد، فرکانس بنیادی، ، نیز کاهش می‌یابد. این رفتار اساسی این واقعیت را می رساند که جرم موثر با b متناسب می باشد ، در صورتیکه ثابت موثر فنر با I متناسب می باشد.این موضوع از این لحاظ حائز اهمیت است که عکس‌العمل با فرکانس بالا منجر به زمان سریع عکس‌العمل به نیروی اعمالی می‌گردد. نتیجة دیگری که به دست می‌آید آن است که می‌توان بدون نیاز به ساختاری زمخت، به پاسخی سریع دسترسی داشت.

امروزه امکان ساخت نوسانگرهای با فرکانس بنیادی در حدود10GHz با استفاده از فرآیندهای نانوماشین کاری سطح که مربوط به نانولیتوگرافی در مقیاس 10 نانومتر می‌باشد، وجود دارد.

این ابزارهای مکانیکی فرکانس بالا، ما را با امکانات و توانایی‌های جدید و مهیجی، آشنا می‌کند. در این میان فرآیندهای مکانیکی با توان فوق‌العاده کم در حدود فرکانس‌های میکرویو و گونه‌های جدیدی از میکروسکوپ‌های پروب پیمایشگر نیز وجود دارند که می‌توانند در تحقیقات بنیادی و یا حتی در مبانی اشکال جدید کامپیوترهای مکانیکی به کار روند.

دومین ویژگی مهم MEMS ، تلفات بسیار اندک انرژی در آنها می باشد. این خاصیت مبین کیفیت یا فاکتورQ در پاسخ می‌باشد. در نتیجه، MEMS به مکانیزم نیروی بیرونی بسیار حساس می‌باشد و این امر برای ساخت گونه‌های مختلفی از حسگرها بسیار مهم می‌باشد.

علاوه بر این، نویز ترمومکانیکی که معادل نویز جانسون در مقاومتهای الکتریکی می‌ باشد، به طور معکوس با عامل Q متناسب است. بنابراین، مقادیر بزرگ Q به عنوان یک ویژگی مهم، هم برای نوسان‌ها و هم برای حسگرهای انحراف به شمار می‌آید، که نوسانات ناخواسته مکانیکی را حذف کرده و این نوع ابزارها را به نیروهای اعمالی به شدت حساس می‌نماید.

نوسانگرهای الکتریکی با فرکانس بالا نوعاً دارای فاکتور Q کمتر از چند صد می باشند، اما حتی نخستین ابزار فرکانس بالای مکانیکی( که در سال 1994 توسط آندرو کلیلند در Caltech ساخته شد)، دارای مقدار Q صد برابر بهتر بود. چنین عامل بالای کیفیت برای پردازش سیگنال بسیار مهم می‌باشد.

جرم مؤثر کوچک در بخش مرتعش ابزارها، یا ممان اینرسی اندک ابزارهای پیچشی، از لحاظ دیگری نیز مهم می‌باشند. این امر باعث حساسیت فوق العاده زیاد ابزارهای NEMS نسبت به جرمهای اضافی می‌شود. با توجه به تحقیقات اخیر، امید می‌رود که ابزارهای حساسی که اخیراً می‌سازیم نسبت به تعداد اندکی از اتم‌هایی که روی سطح این ابزار جذب می‌شود، حساسیت نشان دهند.

NEMS ذاتاً ابزارهای فوق‌العاده کم مصرفی می‌باشند، مقیاس توان اصلی این ابزارها به صورت انرژی گرمایی تقسیم بر زمان پاسخ تعریف می‌شود و با نمادq/w₀ نشان داده می‌شود. در دمای سیصد کلوین، NEMS تنها با نوسانات گرمایی در حدود آتووات (10^-18 w) کار می‌کنند. بنابراین اگر یک ابزار NEMS، با سیگنال در حدود پیکووات (10^-12w) راه اندازی شود، نسبت سیگنال به نویز، بیشتر از 10⁶ خواهد بود. در چنین شرایطی حتی اگر یک میلیون از چنین ابزارهایی بطور همزمان در یک پردازندة سیگنال NEMS به کار روند، کل توان اتلافی توسط همه سیستم تنها در حدود چند میکرووات خواهد بود و این مقدار 3 یا 4 مرتبه کمتر از توان مصرفی توسط پردازنده‌های الکترونیکی رایج خواهد بود که بر مبنای جابجایی سریع بسته‌های بار الکترونیکی کار می‌کنند نه بر مبنای عناصر مکانیکی.

مزیت دیگر NEMS و MEMS آن است که می‌توان آنها را توسط سیلیکون، آرسنید گالیم و آرسنید ایندیم ـ عناصر اصلی صنایع الکترونیک ـ با سایر مواد سازگار با آنها ساخت. در نتیجه هر عنصر الکترونیکی کمکی مانند مبدل‌ها و ترانزیستورها را روی همان تراشه و به عنوان یک عنصر مکانیکی، می‌توان ساخت. اگر طراحی به گونه ای باشد که تمام عناصر اصلی NEMS بر روی یک تراشه باشند، مدار فوق‌العاده مجتمعی به وجود خواهد آمد، به این ترتیب به مشکل سر هم‌بندی عناصر مختلف در مقیاس نانومتری نیز برخورد نخواهیم کرد.

در طی شش سال اخیر در آزمایشگاه فاینمن و سایر جاها، تکنیکهای جدیدی برای الگودهی ساختارهای سه بعدی نیمه‌هادی، ابداع شده است. این فنون بر روی سیلیکون توده‌ای، اپیتاکسی و سیلیکون روی عایق و نیز بر روی سیستم‌های مبتنی بر آرسنید گالیم و آرسنید ایندیم اعمال شده است.

این ساختار در ساده‌ترین شکل خود، شامل لایه‌های ساختاری (قرمز) و نگهداری (آبی) بر روی یک پایه (زرد) می‌باشد.

ماسکها توسط لیتوگرافی نوری و پرتو الکترونی بر روی پایه بوجود می‌آیند. این کار بعد از یک فرآیند رسوب دهی لایه نازک انجام می‌شود. ماسک حاصل (سیاه) مواد زیر خود را از نور و الکترون محافظت می‌کند. مواد حفاظت نشده توسط یک فرآیند پلاسما حکاکی می‌شوند. یک مرحله حکاکی انتخابی و شیمیایی، لایه‌هایی را از نواحی خاص از بین می‌برد تا نانوساختارهایی راکه هم از لحاظ گرمایی و هم از لحاظ مکانیکی ایزوله شده‌اند بوجود آورد.

در چنین ابزارهایی کل این فرآیند ممکن است چندین بار تکرار گردد و با فرآیندهای رسوب دهی متعددی برای ساخت نانوساختارهای مکانیکی ترکیب گردد. انعطاف‌پذیری این فرآیندها این امکان را می‌دهد تا ساختارهای پیچیده با ابعادی کمتر از چند ده نانومتر ساخته شود. مبدل‌های مرکب نیز می‌توانند برای اهداف کنترل و اندازه‌گیری به کار روند. با رشد اپیتاکسی می‌توان ضخامت لایه‌ها را تا دقت چند اتم کنترل نمود. در اصل، ابزارهای ساخته شده تنها دارای ضخامت چند لایه می‌باشند.

چالشهای NEMS

امروزه میتوان با استفاده از فرآیندهایی نظیر لیتوگرافی اشعة الکترونی و نانوماشینکاری، نانوساختارهای نیمه هادی را در ابعاد زیر 10نانومتر تولیدکرد. بنابراین ظاهراً تکنولوژی لازم برای ساخت NEMS وجود دارد. با این حساب علت تأخیرهای موجود در کاربرد چیست؟ جواب در این نکته است که قبل از اینکه تمام پتانسیل های NEMS آشکار گردند، باید به سه مشکل اصلی در این مسیر فایق آییم :

 - ارتباط سیگنالی بین مقیاس نانو و دنیای میکروسکوپی

- فهم و کنترل ماشین‌های مزوسکوپی

- توسعه روشهای مناسب برای تولید محصولات نانو

NEMS ابزارهای فوق‌العاده کوچکی هستند که می‌توانند با تغییرات بسیار کوچک، منحرف یا مرتعش گردند. مثلاً در مورد انحراف انبرک شکل 4(a) ،اگر نیرویی که معادل جابجایی چند درصد ضخامت میله می‌باشد به آن اعمال گردد، موجب انحراف آن به صورت خطی می‌گردد. مثلاً برای میله ای به قطر 10nm، این مطلب معادل این است که جابجایی آن معادل کسری از نانومتر است. ساخت مبدل‌هایی که حساسیت کافی برای انتقال صحیح اطلاعات در این مقیاس را داشته باشند، مستلزم خواندن موقعیت با دقت فوق‌العاده زیادتری می‌باشد. مشکلی که در این راه وجود دارد آن است که فرکانس طبیعی حرکت با کاهش ابعاد، افزایش می‌یابد. بنابراین مبدلهای ایده آل NEMS باید جابجایی هایی در حدود10^-12 تا 10^-15 متر داشته و در فرکانس‌های بالای چند گیگاهرتز کار کنند.

برخی از مبدل‌ها که عمدتاً در محدودة میکرومکانیکی کاربرد دارند، قابل اعمال به دنیای نانو نمی‌باشند. تبدیل های الکترواستاتیک که مبنای MEMS را تشکیل داده اند، با مقیاس های NEMS همخوانی ندارند. الکترودهای در مقیاس نانو، ظرفیتی معادل 10^-18 فاراد یا کمتر دارند. در نتیجه، امپدانس‌های پارازیتی که زیاد هم می‌باشند بر ظرفیت دینامیکی که با حرکت ابزار متغیر استد، غلبه می‌کنند.

روشهای اپتیکی مانند روش سادة انحراف میله یا روشهای بسیار پیچیده‌تر نیز در این موارد نمی‌توانند کاری انجام دهند. به عبارت دیگر این روشها به ابزارهایی که دارای عرض مقطع بسیار کمتر از طول موج نور می‌باشند، قابل اعمال نمی‌باشد. بنابراین روشهای مرسوم کارایی چندانی برای مبدل‌های ابزارهای کوچک NEMS ندارند. اما عرصه‌های زیادی برای فعالیت وجود دارد؛ از جمله: مغناطیس‌های نانومتری، ترانزیستورهای با حرکت سریع الکترون، واسط های ابر رسانای کوانتومی و ترانزیستورهای تک الکترونی. بحث در زمینه این موارد خارج از سطح این مقاله می‌باشد.

نقش فیزیک سطح

یکی از عوامل مؤثر در پتانسیل های NEMS، دسترسی به عوامل مؤثر در کیفیت فوق‌العاده می‌باشد. به هر حال در ابزارهای واقعی هم ویژگیهای ذاتی و هم ویژگیهای بیرونی محدودیت‌هایی در فاکتورهای کیفیت ایجاد می‌نمایند. نقص‌هایی که در مواد ابزارها ایجاد می‌گردند، آسیب‌های سطحی و جذب‌های سطحی در هنگام ساخت ابزارها از جمله عواملی هستند که منجر به میرا شدن حرکت نوسانگرها می‌گردند.

خوشبختانه بسیاری از این اثرات را می‌توان با انتخاب مناسب مواد و فرآیندها از بین برد. عوامل بیرونی، نظیر مقاوت هوا، انواع افت در مبدلها و …را نیز می‌توان با مهندسی مناسب از بین برد. اما در هر حال، مکانیزم خاص برخی افت‌ها گریز ناپذیر بوده و ناچار دسترسی به بیشینة فاکتورهای کیفیت را محدود می‌نماید.

این فرآیندها شامل میرایی ترموالاستیک می‌باشند که ناشی از افت غیر الاستیک در مواد می‌باشد. جنبة دیگری هم که جلوه می کند آن است که هم چنان که ما، سعی در نزدیک کردن MEMS به سمت NEMS داریم، مشکلات فیزیکی نیز افزایش می‌یابد.

به عنوان مثال گروه رابرت پل در دانشگاه کرنل نشان داده اند که MEMSهای نیمه هادی در مقیاس سانتی متر می تواند فاکتور Q معادل 100 میلیون در دمای کریوژنیک داشته باشند. اما گروه فاینمن در هفت سال پیش نشان داده است که با ورود به محدودة نانومتری، این فاکتور به مقدار قابل توجهی ـ بین 1000 تا 10000 برابر- کاهش می‌یابد. علت این امر در حال حاضر معلوم نمی‌باشد. آنچه که به نظر می رسد آن است که افزایش زیاد نسبت سطح به حجم در NEMS همراه با خواص سطح در این امر مؤثر است.

شکل 6: ابزارهای تعلیقی NEMS

a) یک سری از میله‌های موازی سیلیکون که توسط هارولد و همکارانش در دانشگاه کرنل ساخته شده است. هر میله در فرکانسی که اندکی با دیگری متفاوت است نوسان می‌کند. بیشترین فرکانس اندازه گیری شده در این نوع 380MHz می‌باشد.

b) یک حامل فوق العاده نازک با عرض 5 میکرومتر و ارتفاع 260 میکرومتر که با همکاری محققان دانشگاه استانفورد و مرکز تحقیقات IBM ساخته شده است. از انحراف چنین حاملی برای اندازه گیری نیروهای در حد آتونیوتن 10^-18N استفاده می‌شود.

c) این ابزار که از آن برای پرتاب بار اکترونی منفرد بین دو الکترود استفاده می‌شود در دانشگاه لودویگز ـ ماکسی میلیان ساخته شده است.

برای مشخص شدن این موضوع یک میله سیلیکونی با طول 100NMو عرض 10NMو ضخامت 10NM را درنظر بگیرید. این میلة منفرد شامل ⁵ 10× 5 اتم می باشد که از این تعداد، ⁴ 10× 3 اتم در سطح آن مستقر می‌باشند. به عبارت دیگر %10 اجزای آن، اتم‌های سطحی یا نزدیک به سطح می‌باشد. واضح است که این اتم‌های سطحی نقش مهمی دارند. اما فهم دقیق و کامل این پدیده، تلاش زیادی می‌طلبد.

هم چنان که ابزارها کوچک‌تر می‌شوند، مکانیزم‌های ماکروسکوپی از بین رفته و رفتار اتمی ظاهر می‌گردد.  

منبع:

خبرنامة نانوتکنولوژی

 http: //physicsweb. org