МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА курса «ЭЛЕМЕНТЫ И ПРИБОРЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ» для направления подготовки 658300 «Нанотехнология» и специальности 202100 «Нанотехнология в электронике» Преподаватель к.т.н., доцент Рындин Е.А. г. Таганрог 2005 2 1. Цели и задачи дисциплины Предметом дисциплины являются элементы и приборы наноэлектроники, принципы их построения, механизмы токопереноса, теоретические и технологические пределы уменьшения размеров, основы проектирования. Содержание дисциплины включает сведения о теоретических и технологических пределах уменьшения размеров интегральных наноструктур, сверхбыстродействующих гетеропереходных транзисторах, транзисторах с резонансным туннелированием, транзисторах на основе эффектов Штарка и Ааронова-Бома, одноэлектронных и спиновых транзисторах, элементах на переходах Джозефсона, физических принципах построения квантовых компьютеров. Цель дисциплины состоит в изучении студентами сведений и приобретении практических навыков, необходимых для разработки и исследования элементов наноэлектроники с использованием современных аппаратно-программных комплексов. 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины учащиеся должны: - знать принципы построения, конструкции, модели и методы моделирования сверхбыстродействующих гетеропереходных транзисторов, транзисторов с резонансным туннелированием, транзисторов на основе эффектов Штарка и Ааронова-Бома, одноэлектронных и спиновых транзисторов, элементов на переходах Джозефсона, принципы построения квантовых компьютеров, технологические операции, обеспечивающие нанометровые размеры интегральных элементов, методы проектирования интегральных устройств на основе наноструктур; - уметь проводить анализ и систематизацию информации, связанной с исследованием наноэлектронных приборов, строить физико-математические модели наноразмерных элементов, использовать подсистемы математического моделирования для решения задач наноэлектроники, анализировать результаты измерений, применять полученные знания, а также программное обеспечение современных САПР для решения задач проектирования приборов наноэлектроники. 3. Объем дисциплины и виды учебной работы Виды учебной работы Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия Лекции Практические занятия (ПЗ) Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие виды аудиторных занятий Всего часов 102 Семестры 5 54 36 54 36 18 18 3 Виды учебной работы Самостоятельная работа Курсовой проект (работа) Расчетно-графическая работа Реферат и (или) другие виды самостоятельной работы Вид итогового контроля Всего часов 30 Семестры 30 Экзамен 4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплины и виды занятий № п/п 1. 2. 3. 4. 5. Раздел дисциплины Введение Физические и технологические пределы уменьшения размеров элементов микроэлектроники Сверхбыстродействующие наноструктуры Одноэлектронные наноструктуры Спиновые наноструктуры Принципы построения и элементная база квантовых компьютеров Заключение Лекции ПЗ (или С) ЛР * * * * * * * * * * 4.2. Содержание разделов дисциплины Введение – 2 часа. Основные тенденции развития элементной базы наноэлектроники. Принципы построения нанотранзисторов. Проблемы, связанные с проектированием и моделированием элементов и приборов на основе наноструктур. 1. Физические и технологические пределы уменьшения размеров элементов микроэлектроники – 2 часа. Физические ограничения в технологии производства электронных компонентов. Точность литографического процесса и воспроизводимость параметров. Ограничения, накладываемые механизмом работы компонентов. Ограничения электрофизических параметров. Ограничения межэлементных связей. Теплофизические ограничения. Масштабирование в микро- и наноэлектронике. 2. Сверхбыстродействующие наноструктуры – 24 часа. Биполярные нанотранзисторы с плавным гетеропереходом. Гетеропереходные полевые нанотранзисторы с высокой подвижностью носителей. Транзисторы на горячих электронах. Транзисторы со статической индукцией. Резонанснотуннельные диоды. Транзисторы с резонансным туннелированием. 4 Транзисторы на основе эффектов Штарка и Ааронова-Бома. Квантовые интерферометры. Полупроводниковые сверхрешетки. Функциональные элементы СБИС на основе наноразмерных структур. Элемент Джозефсона. Интегральные логические элементы и элементы памяти на основе переходов Джозефсона. 3. Одноэлектронные наноструктуры – 2 часа. Квантовые провода и квантовые точки. Углеродные нанотрубки. Принцип кулоновской блокады. Конструкции одноэлектронного транзистора. Эффект одноэлектронного туннелирования. Многоостровковые одноэлектронные структуры. Интегральные логические элементы и элементы памяти на основе одноэлектронных структур. Проблемы построения интегральных устройств на основе одноэлектронных транзисторов. 4. Спиновые наноструктуры – 2 часа. Принцип спиновой фильтрации потока электронов. Принципы построения и конструкции спиновых транзисторов. Интегральные логические элементы и элементы памяти на основе спиновых транзисторов. 5. Принципы построения и элементная база квантовых компьютеров – 2 часа. Квантовые принципы обработки и передачи информации. Физические принципы построения квантового компьютера. Физические основы реализации элементов квантовых компьютеров. Заключение – 2 часа. Перспективы развития элементов и приборов наноэлектроники. 5. Лабораторный практикум 5.1. Определение коэффициента прозрачности квантовой системы со сложным потенциальным рельефом – 4 часа. 5.2. Определение положения резонансных уровней в квантовых системах со сложным потенциальным рельефом (аналитические методы) – 4 часа. 5.3. Определение положения резонансных уровней в квантовых системах со сложным потенциальным рельефом (разработка численной модели) – 4 часа. 5.4. Определение положения резонансных уровней в квантовых системах со сложным потенциальным рельефом (реализация численной модели в системе MATLAB) – 6 часов. 6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 6.1. Рекомендуемая литература а) основная литература: 1. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы наноэлектроники: Учеб. пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. – 332 с. 2. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы наноэлектроники: Учеб. пособие. 2-е изд., испр. И доп. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. – 496 с. 3. Нанотехнологии в полупроводниковой электронике/ Отв. Редактор А.Л. Асеев. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. – 368 с. 5 4. Пожела Ю.К. Физика быстродействующих транзисторов. – Вильнюс: Мокслас, 1989. – 264 с. 5. Абрамов И.И., Новик Е.Г. Численное моделирование металлических одноэлектронных транзисторов. – Мн.: Бестпринт, 2000. – 164 с. 6. Бауместер Д., Экерт А., Цайлингер А. Физика квантовой информации. – М.: Постмаркет, 2002. – 376 с. 7. Уайтсайдс Дж., Эйглер Д., Андерс Р. и др. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований./ Под ред. М.К.Роко, Р.С.Уильямса и П.Аливисатоса. Пер. с англ. – М.: Мир, 2002. – 292 с. б) дополнительная литература: 1. Чурилов А.Б. Введение в наноэлектронику. – Ярославль, 2000. – 132 с. 2. Шик А.Я., Бакуева Л.Г., Мусихин С.Ф., Рыков С.А. Физика низкоразмерных систем / Под ред. А.Я. Шика. – СПб.: Наука, 2001. – 160 с. 3. Кульбачинский В.А. Структуры малой размерности в полупроводниках. – М.: Изд-во МГУ, 1998. 4. Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки // УФН. 1997. Т.167, вып. 9. 5. Стин Э. Квантовые вычисления. РХД. – Москва – Ижевск, 2000. – 111 с. 6. Моделирование полупроводниковых приборов и технологических процессов. Последние достижения: Пер. с англ./Под ред Д.Миллера. – М.: Радио и связь, 1989. – 280 с. 6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины Программные средства моделирования MATLAB, PSPICE. 7. Материально-техническое обеспечение дисциплины Класс, оборудованный современными персональными компьютерами. Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 658300 «Нанотехнология» и специальности 202100 «Нанотехнология в электронике».