Физические основы наноэлектроники

Цели и задачи дисциплины

Целью дисциплины является формирование и развитие фундаментальных физических знаний и навыков в современных и перспективных областях электроники. Основными задачами дисциплины являются следующие: — изучение основных физических процессов и явлений в полупроводниках и полупроводниковых устройствах (элементах микро- и наноэлектроники); — овладение математическим аппаратом, методами физического исследования, техническими и программными средствами; — приобретение навыков анализа физических и технических параметров полупроводниковых материалов, наноструктурных элементов и наноэлектронных приборов; — изучение физических процессов, с которыми связаны перспективы развития электроники.

Краткое содержание дисциплины

Наночастицы. Нанообъекты. Фундаментальные явления в низкоразмерных структурах. Квантовые основы наноэлектроники. Квантовый размерный эффект. Принцип квантования и квантовое ограничение. Туннельный эффект. Прохождение микрочастиц через потенциальный барьер. Энергетическая диаграмма и плотность квантовых состояний электрона. Методы исследования и диагностика нанообъектов и наносистем. Оптическая микроскопия для исследования нанообъектов. Рентгеновская микроскопия. Растровая (сканирующая) электронная микроскопия (РЭМ, СЭМ, SEM). Просвечивающая электронная микроскопия. Ионные микроскопы. Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Сканирующий атомно-силовой микроскоп. Сканирующий оптический микроскоп ближнего поля. Методы получения наноструктур. Молекулярно-лучевая эпитаксия. Формирование квантовых точек посредством самоорганизации при эпитаксии. Механизм Франка-Ван дер Мерве. Механизм Фольмера-Вебера. Механизм Странского-Крастанова. Нанолитография. Оптическая литография (фотолитография). Электроннолучевая литография. Рентгенолитография. Ионолитография. Импринт-литография.Зондовые нанотехнологии. Общие принципы сканирующей зондовой микроскопии. Сканирующий туннельный микроскоп. Нанотехнологии на основе СТМ. Сканирующий атомно-силовой микроскоп. Нанолитография на основе АСМ. Углеродные наноструктуры. Методы получения и наблюдения углеродных нанотрубок. Структура углеродных нанотрубок. Зонная структура углеродных нанотрубок. Физические свойства углеродных нанотрубок. Сверхрешётки. Модель Кронига-Пенни. Полупроводниковые композиционные сверхрешётки. Электронные приборы наноэлектроники. Структура и принцип работы одноэлектронного транзистора. Структура и принцип работы КНИ-транзисторов. Отличительные особенности. Структура и принцип работы НЕМТ-транзисторов. Основные параметры. Структура и принцип работы транзистора на квантовых точках. Структура и принцип работы резонансно-туннельного диода. Структура и принцип работы резонансно-туннельного транзистора. Одноэлектронный механический транзистор. Структура и принцип работы. Транзистор и переключатель на углеродных нанотрубках.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Выпускник должен обладать:

ПК-11 Способность выявлять естественно-научную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико- математический аппарат
УК-1 Способен осуществлять поиск, критический анализ и синтез информации, применять системный подход для решения поставленных задач