Олимпиада "Наноэлектроника"
Неофициальный сайт

Меню сайта
Категории раздела
Наш опрос
Оцените сайт олимпиады
Всего ответов: 122
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Главная » Статьи » Компьютерный практикум и ИТ (МИФИ) » Конспекты (курсы КП и ПК)

Наноэлектроника

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Московский инженерно-физический институт

Факультет «Автоматики и электроники»

Кафедра «Микро- и наноэлектроники»

 

Студент А4-09: Порошин А.В.

  Преподаватель: доцент Лапшинский В.А.

Москва 2016

 

 

Аннотация

В данном конспекте рассмотрены основные направления развития современной наноэлектроники. Объяснены физические эффекты, использующиеся в наноструктурах, а также рассмотрены пути перехода от микро- к налоэлектронным приборам.  Данный конспект полезен для студентов как введение в область наноэлектроники и нанотехнологий.

Ключевые слова: наноэлектроника, физические основы наноэлектроники, наноэлектронные структуры.

Конспект содержит: 1 таблицу, 9 рисунков, 16 страниц.

Глоссарий

Наноэлектроника — область науки и техники, занимающаяся созданием, исследованием и применением электронных приборов с нанометровыми размерами элементов, в основе функционирования которых лежат квантовые эффекты.

Электрический заряд — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.

Оглавление

Часть I. Физические основы наноэлектроники

  1. Фундаментальные явления
    1. Квантовое ограничение
    2. Баллистический транспорт носителей заряда
    3. Туннелирование носителей заряда
  2. Элементы низкоразмерных структур
    1. Свободная поверхность и межфазные границы
    2. Сверхрешетки

Часть II. Методы формирования наноэлектронных структур (нанотехнология)

  1. Традиционные методы осаждения пленок
    1. Химическое осаждение из газовой фазы
    2. Молекулярно-лучевая эпитаксия
  2. Методы, основанные на использовании сканирующих зондов
    1. Локальное окисление металлов и полупроводников
    2. Локальное химическое осаждение из газовой фазы
  3. Нанолитография
    1. Электронно-лучевая литография
    2. Нанопечать
    3. Перьевая нанолитография

Заключение

Список литературы

Введение

Наноэлектроника, как самостоятельная область науки и техники, сформировалась во второй половине ХХ века. В ее основу легли последние достижения физики конденсированного состояния, квантовой механики, физики низкоразмерных систем, квантовой химии, а также технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. В историческом ракурсе главные вехи формирования этих основ и их последующее практическое воплощение можно проследить по содержанию научных исследований и разработок, удостоенных Нобелевских премий по физике и химии.

Воссоздать точную историю возникновения нанотехнологий крайне сложно, поскольку человечество всегда пыталось экспериментировать с технологиями получения материалов, порой даже не подозревая о проникновении в мир наночастиц.

Часть I

Физические основы наноэлектроники

1. Фундаментальные явления

Поведение носителей заряда в наноразмерных структурах определено тремя группами фундаментальных явлений:

  1. Квантовое ограничение
  2. Баллистический транспорт
  3. Квантовая интерференция
  4. Туннелирование

 

1.1. Квантовое ограничение

В низкоразмерных структурах движение электрона ограничено по крайней мере в одном направлении, в котором его потенциальная энергия представлена в виде глубокой потенциальной ямы, как мы можем это увидеть на рис. 1.

Рис. 1. Потенциальная яма

 

1.2. Баллистический транспорт носителей заряда

Баллистическим транспортом называют перенос носителей заряда без их рассеяния в структурах с размером меньше длины свободного пробега.

Примеры параметров, характеризующих транспорт электронов в Si и GaAs при низких температурах, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры Si и GaAs при низких температурах

Параметр, единица измерения

Si

GaAs

Скорость Ферми,

0,97

2,76

Длина волны Ферми, нм

39

39

Время рассеяния,  с

1,1

3,8

Средняя длина свободного пробега при упругом рассеянии, нм

107

1050

Средняя длина свободного пробега при неупругом рассеянии, нм

500

5000

 

1.3. Туннелирование носителей заряда

Под термином туннелирование подразумевают перенос частицы через область, ограниченную потенциальным барьером, высота которого больше, чем полная энергия этой частицы.

Взаимодействие частиц с различными потенциальными барьерами изображено на рис. 2.

Рис. 2. Типы потенциальных барьеров

 

2. Элементы низкоразмерных структур

В данном разделе будут рассмотрены электронные свойства границ раздела и комбинированные структуры, включающие низкоразмерные элементы.

2.1. Свободная поверхность и межфазные границы

Свободной поверхностью твердого тела называют естественный потенциальный барьер.

Межфазные границы образуются между материалами с различными физическими свойствами. Для получения потенциального барьера требуется, чтобы контактирующие полупроводники имели либо одинаковый электронный состав, либо одинаковый тип основных носителей заряда.

2.2. Сверхрешетки

Сверхрешеткой называют монокристаллическую пленку из одного материала. Сверхрешетки могут являться как напряженными, так и релаксированными, что мы можем увидеть на рис. 3.

Рис. 3. Сверхрешетки

 

Часть II

Методы формирования наноэлектронных структур (нанотехнология)

 

1. Традиционные методы осаждения пленок

Первоначально были разработаны два метода осаждения пленок для технологии микроэлеткроники, но позже они стали успешно применяться и для создания наноэлектронных структур.

1.1. Химическое осаждение из газовой фазы

Данный метод широко применяется для создания полупроводниковых эпитаксиальных структур. Устройство для химического осаждения из газовой фазы изображено на рис. 4.

Рис. 4. Химическое осаждение из газовой фазы

 

1.2. Молекулярно-лучевая эпитаксия

Аналогичный метод, что и химическое осаждение на газовой фазе, только при сверхвысоком вакууме. Схема установки для молекулярно-лучевой эпитаксии изображена на рис. 5.

Рис. 5. Молекулярно-лучевая эпитаксия

 

2. Методы, основанные на использовании сканирующих зондов

В данном разделе будут рассмотрены методы создания наноразмерных структур с применением точечных сканирующих зондов.

 

2.1. Локальное окисление металлов и полупроводников

Данный метод позволяет проводить локальное окисление материала подложки. Процесс во многом схож с электрохимическим анодным окислением. Пример локального окисления схематически показан на рис. 6.

Рис. 6. Локальное окисление металлов

 

2.2.  Локальное химическое осаждение из газовой фазы

Зондовое локальное химическое осаждение из газовой фазы проводится в сканирующем туннельном микроскопе. Этот метод применяется на металлах и полупроводниках.

 

3. Нанолитография

В этой области используются два основных технологических подхода:

  1. Основан на оптической, рентгеновской и электронно-лучевой литографии.
  2. Основан на использовании сканирующего зонда.

 

3.1. Электронно-лучевая литография

Данный метод сочетает в себе высокое разрешение с приемлемой производительностью, что позволяет широко применять его в массовом производстве. Схема этого метода изображена на рис. 7.

 

Рис. 7. Электронно-лучевая литография

3.2. Нанопечать

Нанопечать — это новое направление, содержащее в себе простоту и низкую стоимость. Нанопечать имеет два подхода:

  1. Чернильная печать — материал в виде чернил наносится на штамп и механически отпечатывается на подложкею.
  2. Тиснение — механическое вдавливание жесткого штампа в полимерную пленку резиста.

 

Рис. 8. Нанопечать

 

3.3. Перьевая нанолитография

В методе перьевой нанолитографии используется сканирующий зонд атомного силового микроскопа. Для формирования рисунка используются жидкие чернила на основе воды.

Принцип работы данного метода изображен на рис. 9.

$IMAGE9$

Рис. 9. Перьевая нанолитография

 

Заключение

Данный конспект позволяет коротко ознакомиться с физическими основами наноэлектроники, а так же наглядно узнать основные принципы формирования наноэлектронных структур

 

 

Список литературы

1. Борисенко В. Е., Воробьева А. И., Уткина Е. А. Наноэлектроника. – Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. – 223с.

2. Атабеков Г. И. Теоретические основы электротехники: Учебное пособие. 6-е изд., стер. – СПб.: Издательство «Лань», 2008. – 592с.

3. Электроника, статья в Wikipedia URL:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Электроника

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Категория: Конспекты (курсы КП и ПК) | Добавил: poroshinav (20.05.2016)
Просмотров: 1467 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Форма входа
Поиск
Друзья сайта