Научно-исследовательский ядерный университет
Московский инженерно-физический институт
Факультет «Автоматики и электроники» Кафедра «Микро- и наноэлектроники»  Курс «Компьютерный практикум» «Азбука наноэлектроники от У до Я».
Преподаватель: доцент В.А. Лапшинский
Подготовил студент А4-09
Фролов М
Москва 2012 (13.06)
Содержание
1. Аннотация
2. Введение
3. Фейнман Ричард
4. Флэш-память
5. Фонон
6. Фотон
7. Фотонные кристаллы
8. Хиральность
9. Холла квантовый эффект
10. Экситон
11. Эпитаксия
12. Эффект Кондо
13. Заключение
Аннотация.
В данной работе рассмотрены основные термины, связанные с наноэлектроникой от У до Я.
Введение.
В данной работе проведено ознакомление с некоторыми терминами наноэлектроники. Дана их расшифровка, представлены некоторые синонимы, аббревиатуры, связанные термины и перевод на английский язык.
ФЕЙНМАН РИЧАРД
Ри́чард Фи́ллипс Фе́йнман (Фа́йнман) (11 мая 1918 — 15 февраля 1988)— выдающийся американский учёный. Основные достижения относятся к области теоретической физики.
Термин на английском: Richard Phillips Feynman
Связанные термины: квантовая электродинамика, теоретическая физика
Описание:
С 1950-х годов Фейнман работал исследователем в Калифорнийском технологическом институте. После войны и смерти жены Фейнман чувствовал себя опустошённым, поэтому его не переставало удивлять количество писем, предлагающих ему посты на кафедрах университетов. В конце концов он даже получил приглашение в Принстон — а там преподавали такие гении, как Эйнштейн. Выдохшийся Фейнман решил, что если мир хочет его, он его получит, а оправдаются ожидания мира заполучить великого физика или нет — это не его [Фейнмана] проблема. Как только Фейнман прекратил сомневаться в себе и ставить себе какие-то рамки и цели, он снова почувствовал прилив сил и вдохновения. Тогда же Фейнман пообещал себе не работать с тем, с чем он не сможет поиграть.
Фейнман продолжил работать над собственной теорией квантовых превращений. Кроме того, он совершил прорыв в понимании физики сверхтекучести, применив к этому явлению уравнение Шрёдингера. Это открытие, вкупе с объяснением сверхпроводимости, полученным тремя другими физиками немного ранее, дало новый толчок в физике низких температур. Помимо этого, Фейнман работал вместе с Мюрреем Гелл-Манном, первооткрывателем кварков, над теорией «слабого распада», лучше всего проявляющегося в бета-распаде свободного нейтрона на протон, электрон и антинейтрино. Эта работа фактически позволила открыть новый закон природы. Фейнман высказал идею квантовых вычислений.
В 1960-х годах по просьбе академии Фейнман потратил три года на создание нового курса физики. Результатом был учебник «Фейнмановские лекции по физике», который и по сей день считается одним из лучших учебников по общей физике для студентов.
Фейнман также сделал важный вклад в методологию научного познания, разъясняя студентам принципы научной честности и публикуя соответствующие статьи (например, о культе карго).
В 1964 году Фейнман прочитал в Корнелльском университете 7 популярных лекций по физике «Характер физических законов», которые легли в основу книги.
 Рисунок 1. Фейнман Ричард
Список литературы:
1. http://www.valinfo.ru — справочные материалы
2. http://ru.wikipedia.org — статья о Фейнмане Ричарде
ФЛЕШ-ПАМЯТЬ
Флеш-память— разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти. Это же слово используется в электронной схемотехнике для обозначения технологически законченных решений постоянных запоминающих устройств в виде микросхем на базе этой полупроводниковой технологии
Термин на английском: flash memory
Синонимы: компьютерная память
Аббревиатура: -
Связанные термины: аудио память
Описание:
В быту это словосочетание закрепилось за широким классом твердотельных устройств хранения информации.
Принцип работы полупроводниковой технологии флеш-памяти основан на изменении и регистрации электрического заряда в изолированной области (кармане) полупроводниковой структуры.
Изменение заряда («запись» и «стирание») производится приложением между затвором и истоком большого потенциала, чтобы напряженность электрического поля в тонком диэлектрике между каналом транзистора и карманом оказалась достаточна для возникновения туннельного эффекта. Для усиления эффекта тунеллирования электронов в карман при записи применяется небольшое ускорение электронов путем пропускания тока через канал полевого транзистора. Чтение выполняется полевым транзистором, для которого карман играет роль затвора. Потенциал плавающего затвора изменяет пороговые характеристики транзистора, что и регистрируется цепями чтения.
Эта конструкция снабжается элементами, которые позволяют ей работать в большом массиве таких же ячеек.
Скорость стирания варьируется от единиц до сотен миллисекунд в зависимости от размера стираемого блока. Скорость записи — десятки—сотни микросекунд.
Обычно скорость чтения для NOR-микросхем нормируется в десятки наносекунд. Для NAND-микросхем скорость чтения десятки микросекунд.
Особенности применения
Стремление достичь предельных значений емкости для NAND-устройств привело к «стандартизации брака» — праву выпускать и продавать микросхемы с некоторым процентом бракованных ячеек и без гарантии непоявления новых «bad-блоков» в процессе эксплуатации. Чтобы минимизировать потери данных каждая страница памяти снабжается небольшим дополнительным блоком, в котором записывается контрольная сумма, информация для восстановления при одиночных битовых ошибках, информация о сбойных элементах на этой странице и количестве записей на эту страницу.
Сложность алгоритмов чтения и допустимость наличия некоторого количества бракованных ячеек вынудило разработчиков оснастить NAND-микросхемы памяти специфическим командным интерфейсом.
Слабое место флеш-памяти — количество циклов перезаписи в одной странице. Ситуация ухудшается также в связи с тем, что стандартные файловые системы — т. е. стандартные системы управления файлами для широко распространенных файловых систем — часто записывают данные в одно и то же место. Часто обновляется корневой каталог файловой системы, так что первые секторы памяти израсходуют свой запас значительно раньше. Распределение нагрузки позволит существенно продлить срок работы памяти.
 Рисунок 2. Флеш-память
Список литературы:
1. http://www.valinfo.ru — справочные материалы
2. http://ru.wikipedia.org — статья о флеш-памяти
ФОНОН
Фонон— квазичастица, введённая советским учёным.Фонон представляет собой квант колебательного движения атомов
кристалла.
Термин на английском: phonon
Синонимы: квант
Аббревиатура:-
Связанные термины: атом, кристалл
Описание:
Концепция фонона оказалась очень плодотворной в физике твёрдого тела. В кристаллических материалах атомы активно взаимодействуют между собой, и рассматривать в них такие термодинамические явления, как колебания отдельных атомов, затруднительно — получаются огромные системы из триллионов связанных между собой линейных дифференциальных уравнений, аналитическое решение которых невозможно. Колебания атомов кристалла заменяются распространением в веществе системы звуковых волн, квантами которых и являются фононы. Спин фонона равен нулю (в единицах ). Фонон принадлежит к числу бозонов и описывается статистикой Бозе-Эйнштейна. Фононы и их взаимодействие с электронами играют фундаментальную роль в современных представлениях о физике сверхпроводников, процессах теплопроводности, процессах рассеяния в твердых телах. Модель кристалла металла можно представить как совокупность гармонически взаимодействующих осцилляторов, причем наибольший вклад в их среднюю энергию дают колебания низких частот, соответствующие упругим волнам, квантами которых и являются фононы.
 Рисунок 3. Фонон
Список литературы:
1. http://www.valinfo.ru — справочные материалы
2. http://ru.wikipedia.org — статья о фононе
ФОТОН
Фотон— элементарная частица, квант электромагнитного излучения. Это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю.
Термин на английском: photon
Синонимы: частица
Аббревиатура: -
Связанные термины: квант, излучение
Описание:
Важным техническим устройством, использующим фотоны, является лазер. Его работа основана на явлении вынужденного излучения, рассмотренного выше. Лазеры применяются во многих областях технологии. Технологические процессы (сварка, резка и плавление металлов) осуществляются, главным образом, газовыми лазерами, обладающими высокой средней мощностью. В металлургии они позволяют получить сверхчистые металлы. Сверхстабильные лазеры являются основой оптических стандартов частоты, лазерных сейсмографов, гравиметров и других точных физических приборов. Лазеры с перестраиваемой частотой (например, лазер на красителях) произвели революцию в спектроскопии, существенно повысили разрешающую способность и чувствительность метода вплоть до наблюдения спектров отдельных атомов. Лазеры также применяются в медицине как бескровные скальпели, при лечении глазных и кожных заболеваний. Лазерная локация способствовала уточнению систем космической навигации, расширила знания об атмосферах и строении поверхности планет, позволила измерить скорость вращения Венеры и Меркурия, существенно уточнила характеристики движения Луны и планеты Венера по сравнению с астрономическими данными. С использованием лазеров пытаются решить проблему управляемого термоядерного синтеза. Лазеры широко используются в быту (лазерные принтеры, DVD, лазерные указки и др.).
Излучение и поглощение фотонов веществом используется в спектральном анализе. Атомы каждого химического элемента имеют строго определённые резонансные частоты, в результате чего именно на этих частотах они излучают или поглощают свет. Это приводит к тому, что спектры излучения и поглощения атомов и состоящих из них молекул индивидуальны, подобно отпечаткам пальцев у людей.
 Рисунок 4. Излученные фотоны
Список литературы:
1. http://www.valinfo.ru — справочные материалы
2. http://ru.wikipedia.org — статья о фотонном кристалле
ФОТОННЫЕ КРИСТАЛЛЫ
Фотонный кристалл — это материал, структура которого характеризуется периодическим изменением показателя преломления в пространственных направлениях.
Термин на английском: photonic crystal
Синонимы: -
Связанные термины: коэффициент преломления, энергия
Описание:
Фотонные кристаллы, благодаря периодическому изменению коэффициента преломления, позволяют получить разрешённые и запрещённые зоны для энергий фотонов, аналогично полупроводниковым материалам, в которых наблюдаются разрешённые и запрещённые зоны для энергий носителей заряда. Практически, это значит, что если на фотонный кристалл падает фотон, обладающий энергией (длиной волны, частотой), которая соответствует запрещённой зоне данного фотонного кристалла, то он не может распространяться в фотонном кристалле и отражается обратно. И наоборот, это значит, что если на фотонный кристалл падает фотон, обладающий энергией (длиной волны, частотой), которая соответствует разрешённой зоне данного фотонного кристалла, то он может распространяться в фотонном кристалле. Другими словами, фотонный кристалл выполняет функцию оптического фильтра, и именно его свойствами обусловлены яркие и красочные цвета опала в кольце. В природе фотонные кристаллы также встречаются: на крыльях африканских бабочек-парусников, перламутровое покрытие раковин моллюсков, таких, как галиотисы, усики морской мыши и щетинки многощетинкового червя.
 Рисунок 5. Фотонный кристалл
Список литературы:
1. http://www.valinfo.ru — справочные материалы
2. http://ru.wikipedia.org — статья о фотонном кристалле
ХИРАЛЬНОСТЬ
Хиральность— отсутствие симметрии относительно правой и левой стороны. Например, если отражение объекта в идеальном плоском зеркале отличается от самого объекта, то объекту присуща хиральность.
Термин на английском: chirality
Синонимы: киральность
Связанные понятия: симметрия, отражение, зеркало
Описание:
Впервые свойство хиральности обнаружено Луи Пастером в 1848 году, исследовавшем различные соли водорастворимых соединений с помощью рассеяния поляризованного света. Сам термин сформулирован в 1884 году Уильямом Томсоном.
Термин «хиральность» широко используется в стереохимии, в теории струн, в квантовой физике и пр.
Хиральность лежит в основе концепции энантиотропии — диастереотопии. Химически одинаковые атомы или группы хиральной молекулы анизохронны и проявляются как различные в спектрах ЯМР, их называют диастереотопными. Такие группы в ахиральной молекуле энантиотопны и становятся анизохронными при взаимодействии с внешней хиральной молекулой, например растворителя.
Ввиду того, что почти все биомолекулы хиральны, хиральность имеет решающее значение при синтезе сложных соединений, обладающих фармакологическими свойствами. Энантиоселективный синтез оптически активных биологически активных соединений называется хиральным синтезом. Хиральность играет важную роль также при синтезе регулярныхполимеров, жидких кристаллов, материалов для нелинейной оптики, сегнетоэлектриков и др.
 Рисунок 6. Хиральность
Список литературы:
1. http://www.valinfo.ru — справочные материалы
2. http://ru.wikipedia.org — статья о хиральности
ХОЛЛА КВАНТОВЫЙ ЭФФЕКТ
Холл квантовый эффект— эффект квантования холловского сопротивления или проводимости двумерного электронного газа в сильных магнитных полях и при низких температурах.
Термин на английском: quantum Hall effect
Синонимы: -
Связанные понятия: сопротивление, проводимость
Описание:
Суть явления заключается в том, что группа электронов «объединяются» в новую «частицу», заряд которой меньше заряда электрона. Дробный квантовый эффект Холла нельзя объяснить на основе поведения одиночных электронов в магнитном поле. Причина заключается во взаимодействии между электронами.
Магнитное поле создает «вихри», по одному на каждый квант магнитного потока. Принцип Паули требует, чтобы каждый электрон был окружен одним «вихрем». Когда магнитные поля превышают величину, соответствующую ЦКЭХ с i=1, вихрей становится больше, чем электронов. Принцип Паули выполняется при размещении нескольких вихрей на электроне, которые уменьшают межэлектронное кулоновское отталкивание. Электрон «захватывает» квант магнитного потока и становится «составной частицей». С точки зрения теории, такие «составные частицы» описывать гораздо легче, чем «свободные» электроны. Захваченный квант потока меняет природу частиц, «превращая» фермионы в бозоны. Электрон, захвативший четное число квантов потока, становится фермионом, а нечетное число квантов потока — бозоном. При заполнении на 1/3 нижнего уровня Ландау каждый электрон принимает три кванта магнитного потока.
Таким образом получается композитный бозон. Он находится в условиях нулевого магнитного поля (оно уже включено в новую частицу) и в состоянии бозе-конденсации в новом энергетическом состоянии. Можно определить энергетическую щель, необходимую для возникновения квантования холловского сопротивления и для обращения в ноль обычного сопротивления, экспериментальными методами. Когда часть вихрей магнитного поля не захвачена, возникает дробный дефицит заряда в каждом из этих вихрей. По сравенению с электронами, это положительные дробные заряды. Квазичастицы могут свободно двигаться и проводить электрический ток. Образование плато на графиках происходит как и в целочисленном квантовом эффекте Холла, из-за флуктуаций потенциала на дефектах кристалла. Отличие в том, что носители электрического тока — не электроны, а частицы с дробным зарядом. Дробный квантовый эффект Холла объясняется захватом нечетного числа вихрей магнитного потока каждым электроном
 Рисунок 7. Квантовая система Холла
Список литературы:
1. http://www.valinfo.ru — справочные материалы
2. http://ru.wikipedia.org — статья о квантовом эффекте Холла
ЭКСИТОН
Экситон—водородоподобная квазичастица, представляющая собой электронное возбуждение в диэлектрике или полупроводнике, мигрирующее по кристаллу и не связанное с переносом электрического заряда и массы.
Термин на английском: excito
Синонимы: квазичастица
Связанные термины: диэлектрик, полупроводник
Описание:
Хотя экситон состоит из электрона и дырки, его следует считать самостоятельной элементарной (не сводимой) частицей в случаях, когда энергия взаимодействия электрона и дырки имеет тот же порядок, что и энергия их движения, а энергия взаимодействия между двумя экситонами мала по сравнению с энергией каждого из них. Экситон можно считать элементарной квазичастицей в тех явлениях, в которых он выступает как целое образование, не подвергающееся воздействиям, способным его разрушить.
Экситон может быть представлен в виде связанного состояния электрона проводимости и дырки, расположенной или в одном узле кристаллической решётки или на расстояниях, значительно больше междуатомных. В полупроводниках, за счёт высокой диэлектрической проницаемости, существуют только экситоны Ванье — Мотта. Экситоны Френкеля применимы, прежде всего, к молекулярным кристаллам.
 Рисунок 8. Экситон
Список литературы:
1. http://www.valinfo.ru — справочные материалы
2. http://ru.wikipedia.org — статья об экситоне
ЭПИТАКСИЯ
Эпитаксия — это закономерное нарастание одного кристаллического материала на другой, т.е. ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки).
Термин на английском: Epitaxy
Синонимы: -
Связанные термины: кристалл, материал
Описание:
Строго говоря, рост всех кристаллов можно назвать эпитаксиальным: каждый последующий слой имеет ту же ориентировку, что и предыдущий. Различают гетероэпитаксию, когда вещества подложки и нарастающего кристалла различны (процесс возможен только для химически не взаимодействующих веществ, например так изготавливают интегральные преобразователи со структурой кремний на сапфире), и гомоэпитаксию, когда они одинаковы. Ориентированный рост кристалла внутри объёма другого называется эндотаксией.
Эпитаксия особенно легко осуществляется, если различие постоянных решёток не превышает 10 %. При больших расхождениях сопрягаются наиболее плотноупакованные плоскости и направления. При этом часть плоскостей одной из решёток не имеет продолжения в другой; края таких оборванных плоскостей образуют дислокации несоответствия.
Эпитаксия происходит таким образом, чтобы суммарная энергия границы, состоящей из участков подложка-кристалл, кристалл-среда и подложка-среда, была минимальной.
Эпитаксия является одним из базовых процессов технологии полупроводниковых приборов и интегральных схем.
 Рисунок 9. Эпитаксия
Список литературы:
1. http://www.valinfo.ru — справочные материалы
2. http://ru.wikipedia.org — статья об эпитаксии
ЭФФЕКТ КОНДО
Эффект Кондо- эффект увеличения электрического сопротивления слаболегированных магнитными примесями немагнитных металлических сплавов при температурах, близких к абсолютному нулю.
Термин на английском: Kondo effect
Синонимы: -
Связанные термины: электрическое сопротивление
Описание:
Эффект наблюдается в металлических сплавах, где концентрация спинов может составлять до нескольких доллей. Это приводит к тому, что собственная энергия спина во взаимодействии является доминирующим фактором. При понижении температуры до единиц кельвинов, магнитные взаимодействия между спинами примесей и электронами проводимости начинают влиять на характер рассеяния последних. Подобные взаимодействия локализированных спинов обычно описывают РККИ-обменным взаимодействием.
Список литературы:
1.http://www.valinfo.ru — справочные материалы, статья о термине
2. http://ru.wikipedia.org — статья об эффекте Кондо
Заключение.
На данную работу было затрачено 4 часа. Были рассмотрены основные термины в наноэлектронике и определены их значения. В ходе выполнения работы использовались следующие информационные сайты:
1. http://www.valinfo.ru— справочные материалы
2. http://ru.wikipedia.org— статьи
|
