Содержание материала темы.

1
Федеральное агентство связи
ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»
Уральский технический институт связи и информатики (филиал)
Пилипенко Г.И.
Наноэлектроника
Методические указания по организации самостоятельной работы
студентов очной формы обучения на базе среднего (полного) общего
образования, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров
210400 «Радиотехника» (профили - Аудивизуальная техника ),
в соответствии сс требованиями ФГОС ВПО 3 поколения
Екатеринбург
2012
2
ББК 32.88
УДК 621.39
Рецензент: к.ф.м.н., доцент кафедры экспериментальной физики ГОУ ВПО
«УГТУ-УПИ» А.Ф. Кокорин
ПИЛИПЕНКО Г.И.
НАНОЭЛЕКТРОНИКА: МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ
РАБОТЫ
СТУДЕНТОВ
/ Г.И. ПИЛИПЕНКО –
ЕКАТЕРИНБУРГ: УРТИСИ ГОУ ВПО «СИБГУТИ», 2012 – С.
Методические указания по организации самостоятельной работы
по дисциплине «Наноэлектроника» предназначены для студентов очной и
заочной форм обучения, обучающихся по направлениям подготовки
бакалавров 210400 «Радиотехника» (профили - Сети связи и коммутации,
Многоканальные телекоммуникационные системы, Оптические системы и
сети связи, Инфокоммуникационные технологии в сервисах и услуги связи,
Аудивизуальная техника ).
Методические указания содержат рекомендации по организации
самостоятельной работы при теоретическом изучении материала данной
дисциплины, при решении задач , выполнении лабораторных работ и
индивидуальных заданий.
Рекомендовано НМС УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ» в качестве
методических указаний по организации самостоятельной работы по
дисциплине «Наноэлектроника» для студентов очной и заочной форм
обучения специальностей Сети связи и коммутации, Многоканальные
телекоммуникационные системы, Оптические системы и сети связи,
Инфокоммуникационные технологии в сервисах и услуги связи,
Аудивизуальная техника.
ББК 32.88
УДК 621.39
Кафедра высшей математики и физики
© УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2012
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1.Рабочая программа курса
2.Методические рекомендации по организации
самостоятельной работы
3.Вопросы и задания по самостоятельной работе
ЛИТЕРАТУРА
Приложение 1. Темы рефератов
Приложение 2. Вопросы к зачету
Приложение 3. Тестовые задания
Приложение 4. Правила оформления графического материала и
математических формул
Приложение 5. Образцы библиографических записей
4
4
ВВЕДЕНИЕ
Методические рекомендации составлены на основе
государственного образовательного стандарта высшего профессионального
образования с учётом специфики подготовки бакалавров по направлениям
210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» и 210400
«Радиотехника» (профили - Сети связи и коммутации, Многоканальные
телекоммуникационные системы, Оптические системы и сети связи,
Инфокоммуникационные технологии в сервисах и услуги связи,
Аудивизуальная техника ). для образовательного модуля «Наноэлектроника».
По этой дисциплине предусматриваются следующие аудиторные занятия:
 лекции с применением компьютерных презентаций;
 лабораторные работы
 практические занятия.
Учебная программа предусматривает также самостоятельную работу
студентов (СРС) – аудиторную (под руководством преподавателя) и
внеаудиторную (без участия преподавателей). В самостоятельную работу
студентов (СРС) входит:
 изучение лекционного материала на базе рекомендованной лектором
учебной литературы, включая информационные образовательные
ресурсы (электронные учебники, электронные библиотеки и др.);
 подготовка к лабораторным работам и их оформление;
 подготовку к практическим занятиям;
 подготовка и написание рефератов на заданные темы; исследований;
 подготовка к участию в научно-технических конференциях.
Основными видами самостоятельной работы студентов без участия
преподавателей являются:
 изучение лекционного материала на базе рекомендованной лектором
учебной литературы, включая информационные образовательные
ресурсы (электронные учебники, электронные библиотеки и др.);
 подготовка к лабораторным работам, их оформление;
 подготовка к практическим занятиям
 выполнение домашних заданий, их оформление;
 подготовка и написание рефератов на заданные темы (студенту
предоставляется право выбора темы);
 подготовка к участию в научно-технических конференциях.
Самостоятельная работа студентов с участием преподавателей
включает:
• текущие консультации;
• получение допуска и защита лабораторных работ (во время проведения
лабораторных работ);
5
• выбор темы реферата (в часы консультаций);
• подготовка к участию в научно-технических конференциях
(руководство и консультирование).
6
СОДЕРЖАНИЕ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ
1 Пояснительная записка
1.1. Цель преподавания дисциплины состоит в изучении студентами основных
физических эффектов и процессов в однослойных и многослойных
наноструктурах, принципов действия
современных наноэлектронных
приборов и их элементной базы, обеспечивающих создания нового поколения
быстродействующих приборов и устройств связи и обработки информации.
1.2. В результате изучения курса студент должен
знать:
* значение наноэлектроники в развитии информационных
технологий и современного общества в целом,
* новые физические явления, обусловленных проявлением
волновых свойств электронов в твёрдотельных системах
пониженной размерности,
* особенности изменения энергетического спектра электронов
и процессов их взаимодействия при переходе к
низкоразмерным системам,
* основные виды современных наноструктур (квантовые ямы,
квантовые проволоки, квантовые точки, сверхрешетки,
дельта-слои) и свойства электронов в них,
* основные типы современных перспективных приборов
наноэлектроники, их классификационную схему и принцип
действия,
уметь:
* теоретически оценивать величины электронных процессов и
взаимодействий в наноструктурах,
* предвидеть возможность практического использования
новых явлений и процессов на основе методов зонной
инженерии;
иметь навыки:
* объяснения принципа действия наноприборов на основе их
зонных диаграмм и математических моделей.
иметь представления:
о физико-химических и технологических закономерностях
формирования наноразмерных структур,
*о новые виды наноматериалов (нанотрубки и т.д.),
о перспективных областях использования приборов
наноэлектроники;
Итоговая форма контроля - зачёт.
7
2. Разделы дисциплины и виды занятий
Наименование темы (раздела)
Введение.
Миниатюризация элементной базы
электроники, физические пределы
миниатюризации. Физические и
технологические пределы уменьшения
размеров элементов микроэлектроники.
Сущность понятий наноэлектроника,
нанотехнология, нанообъект, наноструктура.
Тема 1. Полупроводниковые
наноструктуры.
Инверсные слой. Гетероструктуры.
Квантовые ямы. Свехрешетки. Квантовые
нити и точки.
Тема 2. Технология получения квантоворазмерных структур.
Два технологических подхода : сверху –вниз
и снизу – вверх.
Молекулярно-лучевая эпитаксия. Газофазная
эпитаксия из метал-органических
соединений. Нанолитография.
Саморганизация квантовых точек и нитей.
Методы СТМ, АСМ.
Тема 3. Носители заряда в
низкоразмерных структурах.
Размерное квантование энергии электронов.
Свойства квантовых ям. Квантовые ямы на
дельта-слоях. Квантовые проволоки и
квантовые точки.
Условия наблюдения квантоворазмерных
эффектов.
Тема 4. Статистика носителей в
низкоразмерных структурах. Плотность
состояний в электронных системах с
пониженной размерностью 2D, 1D и 0D.
Тема 5. Поперечный транспорт в
наноструктурах.
Туннелирование в двухбарьерных
структурах. Коэффициент прохождения,
отражения. Энергетическая зависимость
резонансного коэффициента прохождения.
Расчет часов
Всего Ауди- Лек- Практ. Лаб.
торных ции зан.
раб.
2
2
2
Сам.
раб.
студ.
2
4
6
4
4
4
4
4
10
12
14
4
20
2
4
2
4
4
8
6
2
4
8
Тема 6. Продольный квантовый транспорт
в наноструктурах
Свойства квантовых нитей и точек.
Баллистический транспорт. Баллистическая
проводимость нитей. Кулоновская блокада.
Тема 7. Применение квантово-размерных
структур в приборах микро- и
наноэлектроники.
Оптоэлектронные приборы на
наноструктурах:лазеры с квантовыми ямами
и точками, оптические модуляторы,
фотоприемники на квантовых ямах.
Транзисторы с высокой подвижностью
носителей. Приборы на основе
баллистического транспорта. Устройства на
основе одноэлектронного транзистора.
Итого по дисциплине:
4
4
6
2
4
4
12
100
50
4
8
8
34
8
8
3. Содержание учебной дисциплины
Введение
Миниатюризация элементной базы электроники, физические пределы
миниатюризации. Физические и технологические пределы уменьшения
размеров элементов микроэлектроники. Сущность понятий наноэлектроника,
нанотехнология, нанообъект, наноструктура.
Тема 1. Полупроводниковые наноструктуры.
Инверсные слои. Гетероструктуры. Квантовые ямы. Свехрешетки. Квантовые
нити и точки.
1. Твердотельные гетероструктуры
1.1. Полупроводниковый гетеропереход
2. Размерное квантование и квантово-размерные структуры
2.1. Типы квантоворазмерных структур
2.2. Размерное квантование электронной подсистемы квантовых точек
Тема 2. Технология получения квантово-размерных структур.
Два технологических подхода : сверху –вниз и снизу – вверх.
Молекулярно-лучевая эпитаксия. Газофазная эпитаксия из металорганических соединений. Нанолитография. Самоорганизация квантовых
точек и нитей.
Методы СТМ, АСМ.
50
9
Тема 1. Технология гетеро- и наноструктур (42 часа)
Цель и задачи темы:
Получение студентами набора знаний, умений и навыков в рамках программы
данного раздела образовательного модуля.
Требования к уровню освоения темы
Содержание темы (теоретический материал).
1. Проблемы технологии квантово-размерных структур
2. Молекулярно-лучевая эпитаксия, газофазная эпитаксия, нанолитография
3. Высокотемпературный синтез нанокристаллов в диэлектрических средах,
самоорганизация квантовых точек и квантовых нитей
Тема 3. Носители заряда в низкоразмерных структурах.
Размерное квантование энергии электронов.
Свойства квантовых ям. Квантовые ямы на дельта-слоях. Квантовые
проволоки и квантовые точки.
Условия наблюдения квантово-размерных эффектов.
Тема 4. Статистика носителей в низкоразмерных структурах.
Плотность состояний в электронных системах с пониженной размерностью
2D, 1D и 0D.
Тема 5. Поперечный транспорт в наноструктурах.
Туннелирование
в
двухбарьерных
структурах.
Коэффициент
прохождения, отражения.
Энергетическая зависимость резонансного
коэффициента прохождения..
Тема 6. Продольный квантовый транспорт в наноструктурах.
Свойства квантовых нитей и точек. Баллистический транспорт.
Баллистическая проводимость нитей. Кулоновская блокада.
Тема 7. Применение квантово-размерных структур в приборах микро- и
наноэлектроники.
Оптоэлектронные приборы на наноструктурах:лазеры с квантовыми ямами и
точками, оптические модуляторы, фотоприемники на квантовых ямах.
Транзисторы с высокой подвижностью носителей. Приборы на основе
10
баллистического транспорта. Устройства на основе одноэлектронного
транзистора.
4. Перечень лабораторных работ
Перечень лабораторных работ
Количество часов
Тема 7
8
Квантово-размерные структуры в приборах микро- и
наноэлектроники.
Итого:
8
5. Перечень практических занятий
Перечень практических занятий
Тема 3. Квантовомеханические свойства микрочастиц
Количество часов
2
Тема 3. Размерный эффект в наноструктурах.
2
Тема 6. Баллистическая проводимость нитей.
2
Тема 6. Кулоновская блокада.
2
Итого:
8
6. Самостоятельная работа студентов
Виды работ
1. Подготовка к лекционным занятиям.
2 Подготовка к лабораторным работам
Количество
часов
10
10
Формы контроля
3 Подготовка к практическим занятиям
10
Проведение коллоквиума с
опросом перед занятием
4 Выполнение реферата
10
Защита реферата
5 Подготовка к зачёту
10
Зачёт
Итого:
50
зачет
Проведение коллоквиума с
опросом перед занятием
11
7. Учебно-методические материалы по дисциплине
1.
2.
3.
4.
5.
Методические указания для проведения практических занятий.
Методические указания для проведения лабораторных занятий.
Методические указания по самостоятельной работе.
Методические разработки по различным темам курса.
Рекомендуемая литература.
8. Список литературы
Основная:
1. А.Я. Шик, Л.Г. Бакуев, С.Ф. Мусихин, С.А. Рыков. Физика
низкоразмерных систем. – СПб., 2001.
2. В.Я. Демиховский, Г.А. Вугальтер. Физика квантовых низкоразмерных
структур. – М.: -Логос, 2000.
3. Щука А.А. Наноэлектроника. – М.: Физматкнига, 2007. – 464 с.
4. Щука А.А. Электроника – СПб.: БХВ-Петербург, 2005.-799 с.
5. Ч. Пул . Нанотехнологии в полупроводниковой электронике / под ред.
Ф. Оуэнса. - М.: Техносфера, 2004- 327 с.
6. Драгунов В.И., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы
наноэлектроники: Учебное пособие. – М.: Логос, 2006. – 496 с.
7. Датта С. Квантовый транспорт: от атома к транзистору. –. М.: Ижевск:
НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». Институт компьютерных
исследований, 2009. – 532 с.
8. Игнатов А.Н. Классическая электроника и наноэлектроника: учеб.
пособие / А.Н. Игнатов, Н.Е. Фадеева, В.Л. Савиных, В.Я. Вайспапир,
С.В. Воробьева. – М.: Флинта: Наука, 2009. – 728 с.
Дополнительная:
1. Нанотехнологии в электронике / под ред. Чаплыгина Ю.А. - М.:
Техносфера, 2005.- 446 с.
2.
Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз
направления исследований / под ред. Роко М.К., Уильямса Р.С.,
Аливисатоса П.А. - М.: Мир, 2002. - 292 с.
3.
Борисенко В. Е. Наноэлектроника: Учеб. пособие для
студентов спец. “Микроэлектроника”.
В 3 ч. Ч.1:
Основы
наноэлектроники. – Мн.: БГУИР, 2001. - 47 с.:ил.
4.
Борисенко В.Е. Наноэлектроника: Учеб. пособие для
студентов спец. «Микроэлектроника» . В 3 ч. Ч. 2. Нанотехнология /
В.Е. Борисенко, А.И. Воробьева. – Мн: БГУИР, 2003. – 76 с.: ил.
12
5.
Борисенко В.Е. Наноэлектроника: Учеб. пособие для
студентов спец. «Микроэлектроника» . В 3 ч. Ч. 3. Перенос носителей
заряда в низкоразмерных структурах / В.Е. Борисенко, А.И. Воробьева,
Е.А. Уткин – Мн: БГУИР, 2004. – 88 с.: ил.
13
2. Методические рекомендации по организации
самостоятельной работы
2.1. Общие сведения об организации самостоятельной работы студентов
При изучении данной дисциплины большое время отводится на
самостоятельную работу студентов (СРС). Самостоятельная работа студентов
выполняется в объемах, предусмотренных учебным планом. В
самостоятельную работу студентов входит:
 усвоение лекционного материала на базе рекомендованной лектором
учебной литературы, включая информационные образовательные
ресурсы (электронные учебники, электронные библиотеки и др.),
 подготовка к лабораторным работам и их оформление;
 подготовка к практическим занятиям;
 решение домашних заданий;
 подготовка и написание рефератов на заданные темы;
 подготовка к участию в научно-технических конференциях.
Цель СРС – научить студента осмысленно и самостоятельно работать с
учебным материалом, заложить основы самоорганизации и самовоспитания с
тем, чтобы привить умение в дальнейшем непрерывно повышать свою
квалификацию.
СРС подразделяется на два основных вида – аудиторную (под
руководством преподавателя) и внеаудиторную (без участия преподавателей).
Основными видами самостоятельной работы студентов без участия
преподавателей являются:
• усвоение лекционного материала на базе рекомендованной лектором
учебной литературы, включая информационные образовательные ресурсы
(электронные учебники, электронные библиотеки и др.);
• подготовка к лабораторным работам, их оформление;
• подготовка и написание рефератов на заданные темы;
• подготовка к практическим занятиям и решение домашних заданий;
• подготовка к участию в научно-технических конференциях.
Основными видами самостоятельной работы студентов с участием
преподавателей являются:
• текущие консультации;
• подготовка к защите лабораторных работ (во время проведения
лабораторных работ);
• выбор темы реферата (в часы консультаций);
• подготовка к участию в научно-технических конференциях (руководство и
консультирование).
14
2.2. Усвоение лекционного материала
Рекомендуется регулярное конспектирование лекций. После каждой
лекции необходимо дополнять конспект материалом из рекомендованной
литературы. Перед каждой лекцией следует прочитывать конспект
предыдущей лекции, что способствует лучшему восприятию нового
материала.
Рекомендованная преподавателями литература и учебные пособия
служат информационной основой и позволяют регулярно занимающимся
студентам усваивать лекционный материал. Для осуществления контроля
степени усвоения учебного материала следует пользоваться вопросами для
самоконтроля, приводимыми в методических пособиях.
2.3. Подготовка к проведению лабораторной работы и
оформление отчета
Лабораторная работа включает самостоятельную проработку
теоретического материала, изучение методик проведения и планирование
эксперимента, изучение измерительных средств и приборов, обработку и
интерпретацию экспериментальных данных.
При проведении лабораторного практикума необходимо:
• подготовиться к экспресс-опросу по теоретическому материалу,
необходимому для выполнения работы (для получения допуска к
лабораторной работе), с использованием руководства по выполнению
лабораторных работ и рекомендованной литературы;
• подготовить и оформить план выполнения лабораторной работы;
• после выполнения лабораторной работы провести необходимые расчеты,
выполнить анализ полученных данных и оформить отчет в соответствии с
руководством по выполнению лабораторных работ;
• сдать отчет по выполненной лабораторной работе и ответить на вопросы
преподавателя (получить зачет за выполненную работу).
Краткие теоретические сведения и порядок проведения лабораторных
работ представлены в соответствующих описаниях. Правила оформления
графического материала и математических формул в отчете приведены в
Приложении 6.
2.4. Подготовка рефератов
Учебный реферат является самостоятельной научно-исследовательской
работой студента, в которой раскрывается суть исследуемой проблемы,
излагается собственная точка зрения на нее.
Основными свойствами реферата являются: передача ключевой,
наиболее важной информации (самых существенных положений, выводов);
15
сжатый, свернутый вид; наличие собственной оценки рассматриваемых
положений со стороны студента.
Реферат — это результат смысловой переработки прочитанного,
поэтому он не должен носить компилятивный характер, состоять из
механически скопированных (например, из Интернета) конструкций.
Этапы работы над рефератом.
1. Выбор темы. Тема реферата обычно выбирается студентом из списка,
составленного преподавателем. Студент может предложить свою тему,
которую необходимо согласовать с преподавателем.
2. Подбор и изучение основных источников и литературы по теме. В реферате
должно быть использовано не менее 3 – 5 источников, которые нужно указать
в списке литературы (в том числе и электронные издания и ссылки на
соответствующие сайты). Желательно использовать как фундаментальные
работы, так и новейшие публикации по теме.
3. Разработка плана реферата. При необходимости план можно уточнить с
преподавателем.
4. Написание реферата. Реферат должен отвечать правилам композиции
научного текста. Структура реферата определяется введением, основной
частью, заключением, примечаниями
5. Редактирование полученного текста и формул с учетом их правильной
нумерации.
6. Оформление окончательного варианта реферата с титульным листом,
содержащим название дисциплины и реферата, Ф. И. О. студента и
преподавателя.
Требования к оформлению.
Объем реферата должен составлять примерно 10–20 страниц текста
напечатанного шрифтом 12 и интервалом 1,5 (отдельные крупные рисунки и
таблицы в этот объем не входят).
Правила оформления научно-технических материалов представлены в
Приложении 6.
Критериями оценки реферата являются:
соответствие содержания реферата его теме,
четкая структура, глубина проработки материала,
правильный подбор и использование источников и литературы,
соответствие оформления реферата стандартам.
16
3.Вопросы и задания для самостоятельной работы
Введение
Необходимость введения курса «Наноэлектроника» обусловлена бурным
прогрессом современной полупроводниковой электроники, который в первую
очередь связан со значительным уменьшением размеров элементов
интегральных схем и увеличением степени их интеграции. В настоящее время
электроника стоит на пороге революционного перехода от микроэлектроники с
размером элементов микронного масштаба к наноэлектронике с размером
элементов нанометрового масштаба, т.е. практически атомного масштаба. В
мире ведутся активные исследования как по разработке технологии
наноэлектроники, так и по изучению особых свойств объектов нанометрового
масштаба, так и структур с пониженной размерностью (квантовых пленок,
квантовых проволок, квантовых точек). По прогнозам специалистов ведущих
электронных фирм (IBM, Samsung, Sony) в ближайшие 5-15 лет ожидается
использование достижений наноэлектроники на практике при изготовлении
электронной аппаратуры нового поколения.
Цель введения: 1) дать представления о физических и технологических
ограничениях при миниатюризации в микроэлектронике;
2) сформировать основные понятия наноэлектроники и нанотехнологии.
Содержание материала темы.
Миниатюризация элементной базы электроники, физические пределы
миниатюризации. Физические и технологические пределы уменьшения
размеров элементов микроэлектроники. Сущность понятий наноэлектроника,
нанотехнология, нанообъект, наноструктура.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие физические ограничения возникают при микроминиатюризации
элементной базы электроники?
2. Какие
технологические
ограничения
возникают
при
микроминиатюризации элементной базы электроники?
3. Чему соответствует в атомном масштабе 1 нанометр?
4. Какие физические явления определяют возникновение особых свойств
в объектах нанометрового масштаба?
5. Что такое квантовый размерный эффект?
6. Что такое квантовая проволока и квантовая точка?
7. Каких два основных подхода используются для формирования
наноструктур?
Тема 1. Полупроводниковые наноструктуры.
Цели: 2) ознакомить с типами полупроводниковых наноструктур, в которых
реализуются квантово-размерные эффекты.
17
Содержание материала темы.
Инверсные слои. Гетероструктуры. Квантовые ямы. Свехрешетки. Квантовые
нити и точки.
Вопросы и задания.
1. Нарисуйте зонную диаграмму выпрямляющего контакта металла с
полупроводнком n-типа.
2. Почему при контакте металла и полупроводника контактное поле в
основном проникает в полупроводник и практически не проникает в
металл?
Вопросы для самоконтроля
1. Чем объясняется искривление энергетических зон у поверхности
полупроводника?
2. Что такое дебаевская длина экранирования?
3. Что понимается под pn-переходом?
4. Что такое гетеропереход?
5. В чем причина возникновения пичка на зонной диаграмме
гетероперехода?
6. Что такое наноструктура, наносистема?
7. В чем основные отличия наноструктурных систем от обычных?
8. Перечислите основные применения наноструктурных систем.
Тема 2. Технология получения квантово-размерных структур.
Цели: 1) познакомить студентов с принципами формирования наноструктур:
сверху – вниз и снизу-вверх,
2) дать представления о конкретных видах нанотехнологии в
наноэлектронике.
Содержание материала темы.
Два технологических подхода : сверху –вниз и снизу – вверх.
Молекулярно-лучевая эпитаксия. Газофазная эпитаксия из металорганических соединений. Нанолитография. Самоорганизация квантовых
точек и нитей.
Методы СТМ, АСМ.
Вопросы и задания.
1. В чем состоит сущность атомной инженерии?
2. На каких физических принципах основано действие сканирующего
туннельного микроскопа (СТМ)?
3. Перечислите основные блоки, используемые в СТМ.
4. Перечислите основные режимы работы СТМ. Охарактеризуйте каждый
из них.
5. Как зависит туннельный ток от величины зазора между иглой и
образцом?
18
6. Какое пространственное разрешение обеспечивает СТМ в
вертикальном и горизонтальном направлениях?
7. Перечислите основные типы воздействий иглы СТМ на атом адсорбата
на поверхности кристалла.
8. Каковы основные типы атомных манипуляций с помощью СТМ?
9. В каких атомных манипуляциях используются силы межатомного
взаимодействия?
10. В чем заключается электронно-стимулированная десорбция?
Вопросы для самоконтроля
1. Какие полупроводниковые материалы используют для приготовления
квантовых точек, проволок и ям?
2. Условия для получения хороших гетеропереходов.
3. Молекулярно-лучевая эпитаксия.
4. Контроль за ростом слоев в установках молекулярно-лучевой
эпитаксии.
5. Газофазная эпитаксия из металлорганических соединений.
6. Нанолитография.
7. В чем заключаются процессы самоорганизации? Приведите примеры
процессов самоорганизации.
Тема 3. Носители заряда в низкоразмерных структурах.
Цель: 1) изучить физические явления, обусловленных проявлением волновых
свойств электронов в твёрдотельных системах пониженной размерности,
2) рассчитывать изменения энергетического спектра электронов и процессов
их взаимодействия в типовых низкоразмерных системах,
3) сформировать теоретические представления для дальнейшего понимания
Предполагаемые результаты:
 определять необходимые физические параметры процессов в
нанострукутрах, например, необходимые масштабы размеров,
энергетические шкалы, характеристические температуры, единицы
квантования и др.
Содержание материала темы.
Размерное квантование энергии электронов.
Свойства квантовых ям. Квантовые ямы на дельта-слоях. Квантовые
проволоки и квантовые точки.
Условия наблюдения квантово-размерных эффектов.
Оптические свойства квантовых ям.
Вопросы и задания.
19
1. Электрон находится в одномерной прямоугольной «потенциальной
яме» шириной L c бесконечно высокими «стенками». Запишите
уравнение Шредингера в пределах «ямы» (0xL) и решите его.
2. Частица находится в одномерной «потенциальной» шириной L с
бесконечно высокими «стенками». Выведите выражение для
собственных значений энергии En.
3. Волновая функция, описывающая состояние частицы в одномерной
прямоугольной «потенциальной яме» с бесконечно высокими
«стенкам», имеет вид (ч)=Sinkx. Определите: 1) вид собственной
волновой функции n(x); 2) коэффициент А, исходя из условия
нормировки волновой функции.
4. Какова наименьшая энергия частицы в «потенциальной яме» с
бесконечно высокими «стенками»?
5. Получите оценку предельной толщины пленки, пари которой
возможно наблюдение квантово-размерных эффектов, если
подвижность электронов в пленке 104 см2/(Вс).
6. Какова предельная толщина пленки, при которой возможно
наблюдение
квантово-размерныхэффектов
при
комнатной
температуре, если эффективная масса m = 0,1 m0?
7. Почему подвижность носителей заряда в квантовых ямах больше,
чем подвижность в обычном трехмерном полупроводнике?
8. Поясните, почему в металлических пленках сложнее наблюдать
квантово-размерный эффект по сравнению с полупроводниками?
9. Объясните, почему возможно наблюдение квантово-размерных
эффектов в яме на кремниевой МДП-структуре и затруднительно в
яме из кремниевой пленки?
10.Поясните, каким конструктивн0-технологическим способом можно
изменить положение разрешенных дискретных уровней в
прямоугольной квантовой яме, а каким – в треугольной? (инженерия
волновых функций)
11.Объясните, может ли существовать квантовая яма на МДПструктуре, находящейся в режиме аккумуляции основных носителей
заряда у границы поверхности полупроводника?
12.Что является физической причиной увеличения подвижности
электронов в двумерном газе относительно их подвижности в
объемном полупроводнике?
13.Поясните, почему физически квантово-размерные эффекты лучше
всего наблюдать в полупроводниках, охлажденных до сверхнизких
температур?
14.Показать, что энергия размерного квантования есть следствие
принципа неопределенности.
Вопросы для самоконтроля
1. Каков механизм квантования движения электрона в квантовой яме?
20
Принцип пространственного квантования.
2.Сформулируйте уравнение, описывающее квантовые (волновые) свойства
электрона в наноструктурах. Какие величины туда входят?
3. Потенциальная яма как интерферометр для электронов.
4. Цепочка атомов в беконечноглубокой потенциальной яме.
5. Переход от дискретного к непрерывному спектру.
6. Спектр состояний и волновые функции. Конечная прямоугольная яма.
7. Спектр состояний и волновые функции. Треугольная потенциальная яма.
8. Спектр состояний и волновые функции. Двойная квантовая яма
9. . Спектр состояний и волновые функции. Сверхрешетка.
10. Прямозонные полупроводники.
11. Не прямозонные полупроводники.
12. Вероятность переходов в поле электромагнитной волны.
13. Межзонное поглощение света. Правила отбора .
14. Оптическая ионизация квантовых ям.
15. Резонансная квантовая яма.
Тема 4. Статистика носителей в низкоразмерных структурах.
Цели: 1) научить производить расчет плотности состояний в типовых
низкоразмерных системах,
2) понимать как плотность состояний определяет физические свойства
низкоразмерных систем.
Предполагаемые результаты:
 умения производить расчеты плотности состояний, концентрации
носителей тока в наноструктурах.
Содержание материала темы.
Плотность состояний в электронных системах с пониженной размерностью
2D, 1D и 0D.
Концентрация носителей заряда.
Вопросы и задания.
1. Вычислить плотность электронных состояний для 3D-систем.
2. Запишите распределение Ферми-Дирака и объясните его физический
смысл.
3. Как определяется концентрация электронов в зоне проводимости
полупроводника?
4. Что такое энергия Ферми? Связь энергии Ферми и химического
потенциала?
5. Кремний Si и арсенид галлия легированы донорной примесью с
концентрацией ND = 1017 см-3. Считая примесь полностью
ионизованной, найти концентрацию основных и неосновных носителей
заряда при температуре T = 300 К.
21
Вопросы для самоконтроля
1. Плотность состояний. Трехмерный случай.
2. Плотность состояний. Двумерный случай.
3. Плотность состояний. Одномерный случай.
4. Статистика носителей заряда.
5. Связь концентрации и энергии Ферми. Трехмерный случай.
6. Связь концентрации и энергии Ферми. Двумерный случай.
7. Связь концентрации и энергии Ферми. Одномерный случай.
Тема 5. Поперечный транспорт в наноструктурах.
Цель: 1) изучить протекание тока при взаимодействии между
наноструктурами.
Предполагаемые результаты:
 объяснять наиболее важные последствия квантовых эффектов при
поперечном электронном транспорте через наноструктуры.
Содержание материала темы.
Туннельный эффект: туннелирование электронов через одну границу,
один барьер. Туннелирование в двухбарьерных структурах. Коэффициент
прохождения, отражения.
Энергетическая зависимость резонансного
коэффициента прохождения. Резонансное туннелирование в многобарьерных
структурах.
Одноэлектронное туннелирование. Кулоновская блокада.
Вопросы и задания.
1. Частица с энергией Е движется в положительном напралении оси х
и встречает на своем пути прямоугольный потенциальный барьер
высотой U и конечной ширины L, причем EU. Запишите
уравнение Шредингера для областей до барьера, в области барьера и
за барьером.
2. Прямоугольный потенциальный барьер имеет ширину 0,1 нм .
Определить в электрон-вольтах разность энергий U – E, при которой
вероятность прохождения электронов сквозь барьер составит 0,99.
3. Частица с энергией Е движется в положительном направлении оси
х и встречает на своем пути бесконечно широкий прямоугольный
потенциальный барьер высотой U, причем E > U. Запишите
уравнение Шредингера для областей до барьера и над барьером.
4. Электрон с энергией E = 50 эВ, двигаясь в положительном
направлении оси х, встречает на своем пути бесконечно широкий
прямоугольный потенциальный барьер высотой
U = 20 эВ.
Определить коэффициент отражения электрона от этого барьера.
Вопросы для самоконтроля
22
1.Туннелирование.
2. Если энергия налетающих на потенциальный барьер электронов
превосходит величину
этого барьера, могут ли электроны отражаться от барьера? Поясните ответ.
3. Двухбарьерные структуры.
4.В чем заключается особенность туннельной прозрачности двойного
барьера?
5. Резонансное туннелирование.
6. Энергетическая зависимость резонансного коэффициента прохождения
7. Воль-амперная характеристика туннельной структуры.
8. За счет чего образуются резонансные энергетические уровни в
двухбарьерной резонансно-туннельной структуре?
9.Кулоновская блокада.
Тема 6. Продольный квантовый транспорт в наноструктурах.
Цель: 1) изучить протекание тока в квантоворазмерных структурах.
Предполагаемые результаты:
 понимать разницу между транспортом в объемных материалах
(металлах, полупроводниках) и в наноструктурах;
 объяснять наиболее важные последствия квантовых эффектов при
продольном электронном транспорте через наноструктуры;
Содержание материала темы.
Свойства квантовых нитей и точек. Баллистический транспорт.
Баллистическая проводимость нитей.
Вопросы и задания.
1. Используя принцип неопределенности, оцените проводимость
квантовой проволоки.
2. Определить удельную проводимость проводника в классическом
приближении.
3. Почему в квантовых проволоках не выполняется закон Ома?
Вопросы для самоконтроля
1. Время релаксации и подвижность.
2. Время релаксации. Сравнение 2D и 3D систем.
3. Понятие «баллистического» движения электрона.
4. Скорость электрона на расстояниях меньше длины свободного пробега.
5.Баллистический транспорт
6.Баллистическая проводимость нитей.
23
Тема 7. Применение квантово-размерных структур в приборах микро- и
наноэлектроники.
Цель: 1) показать как физические явления в наноструктурах используются в
конкретных устройствах наноэлектроники.
Предполагаемые результаты:
 умения описывать функционирование наноэлектронных устройств.
Содержание материала темы.
1.1. Оптоэлектронные приборы на наноструктурах: лазеры с квантовыми
ямами и точками, оптические модуляторы, фотоприемники на
квантовых ямах, лавинные фотодиоды.
1.2. Транзисторы с высокой подвижностью носителей , транзисторы на
горячих электронах. Резонансно-туннельный транзистор на квантовой
точке.
1.3. . Приборы на основе баллистического транспорта. Устройства на
основе одноэлектронного транзистора.
1.4. Полевые транзисторы с двумерным электронным газом: на основе
кремниевой МДП-структуры (MOSFET) и на основе гетероструктуры
(HEMT), их сравнительные характеристики.
Вопросы и задания.
1. Чем резонансно-туннельный диод (РТД) отличается от туннельного
диода?
2. Почему вольтамперная характеристика (ВАХ) РТД имеет участок с
отрицательной дифференциальной проводимостью?
3. Нарисовать зонную диаграмму двойной потенциального барьера с
квантовой ямой в равновесии и при наличии напряжения.
4. Каков механизм туннелирования через двойной потенциальный барьер?
5. В чем состоит эффект дискретного одноэлектронного туннелирования?
Условия реализации данного эффекта?
Вопросы для самоконтроля
1. Устройство и принцип действия одноэлектронного транзистора.
2. Лазеры с квантовыми ямами и квантовыми точками.
3. Фотоприемники на квантовых ямах.
4. Устройство и принцип действия полевого транзистора с двумерным
электронным газом.
24
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Темы рефератов
1. Работа Эрика Дрекслера «Машины созидания» – обзор основных парадигм.
Возражения Ричарда Смолли о возможности механосинтеза.
2. Квантовые точки: особенности энергетического спектра, аналогия со
структурой атома. Методы изготовления и возможные применения.
3. Наноэлектроника: нанопроводники и полупроводники, одноэлектронные
устройства, молекулярные логические устройства.
4. Эффект гигантского магнитосопротивления. Спинтроника: основные идеи
и применения. Эффект Джозефсона.
5. Квантовые компьютеры: идеология, алгоритмы, возможные пути
технической реализации.
6. Микро- и наноэлектромеханические системы. Основные принципы
построения. Наноманипуляторы, нанонасосы, нанороботы и другие системы.
7.Размерное квантование: дву-, одно- и нуль-мерные системы.
8.Технология квантово-размерных структур.
9.Электрические и оптические свойства наноструктур.
10.Квантовый эффект Холла. Приборы га основе квантово-размерных
структур (по выбору).
25
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ
1. Понятие о размерном квантовании на примере тонких пленок
полупроводников и полуметаллов. Условия проявления размерного
квантования
2. Гетеропереход. Классификация и основные параметры
гетеропереходов.
3. Квантовая яма на основе двойной гетероструктуры.
4. Размерное квантование в упруго напряженных гетероструктурах.
5. Размерное квантование в гетероструктурах GeSi.
6. Энергетический спектр, плотности электронных состояний и
статистика носителей заряда в квантовых ямах, проволоках и
точках
7. Экситоны и мелкие примесные состояния в размерноквантованных гетероструктурах.
8. Треугольная квантовая яма. Модулированное легирование.
Подавление примесного рассеяния за счет пространственно
неоднородного легирования. Подавление электрон-фононного
взаимодействия в системах пониженной размерности. Транзистор с
высокой подвижностью электронов.
9. Резонансное туннелирование. Резонансно-туннельный диод.
10.Дельта-легированный слой.
11.Структуры со сдвоенной потенциальной ямой.
12.Сверхрешетки. Классификация сверхрешеток
13.Энергетический спектр сверхрешеток.
14.Энергетический спектр сверхрешеток. Модель Кронига-Пенни .
15.Особенности ВАХ многобарьерных структур.
16.Кондактанс баллистического проводника. Формула Ландауэра.
17.Мезоскопические системы. Проявление волновых свойств
(интерференции) электронов в мезоскопических системах. Эффект
Ааронова Бома.
18.Межзонное оптическое поглощение в квантовых ямах.
19.Правила отбора при межзонных оптических переходах в квантовых
ямах.
20.Межподзонное оптическое поглощение в квантовых ямах.
21.Фотоионизация квантовых ям. ИК фотодетекторы на квантовых
ямах.
22.Гетеролазеры на межзонных переходах. Лазеры на квантовых
ямах, нитях, точках.
23.Квантовые каскадные лазеры.
24.Фотонные кристаллы.
26
25.Кулоновская блокада туннелирования. Запирание туннельного
тока за счет увеличения кулоновской энергии системы при
добавлении одного электрона. Потенциальная энергия гранулы.
Механизм кулоновской блокады туннелирования. ВАХ
асимметричного туннельного контакта. Механизм образования
ступеней. Кондактанс туннельного контакта с затвором.
Одноэлектронный транзистор.
26.Физические свойства фуллеренов и нанотрубок. Структура и
электронные свойства фуллеренов и кристаллов на их основе.
Связь между электрическими свойствами и структурой
нанотрубок.
27.Магнитные наноструктуры. Гигантское магнитосопротивление
наноструктур, состоящих из чередующихся магнитных и
немагнитных слоев. Элементы записи, хранения и считывания
информации.
28.Спинтроника. Инжекция спиновых токов как основа нового класса
приборов; квантовый компьютер.
27
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ
После каждого вопроса приведены варианты ответов, из которых
только один является правильным. Необходимо указать правильный ответ.
1. Полупроводниковым гетеропереходом называют:
А. Контакт двух полупроводников различного вида и разного типа
проводимости.
Б. Контакт двух полупроводников одинакового вида и разного типа
проводимости.
В. Контакт двух полупроводников различного вида и одинакового типа
проводимости.
2. Какие два параметра материалов, образующих гетеропереход, должны
совпадать с высокой точностью:
А. Электронное сродство и ширина запрещенной зоны.
Б. Температурный коэффициент расширения и постоянная решетки.
В. Электронное сродство и постоянная решетки.
3. Электронное сродство это:
А. Минимальная энергия, необходимая для перевода электрона со дна
нижайшей зоны проводимости на уровень вакуума.
Б. Минимальная энергия, необходимая для перевода электрона с потолка
верхней валентной зоны на уровень вакуума.
В. Минимальная энергия, необходимая для перевода электрона с уровня
Ферми на уровень вакуума.
4. Полупроводник n-типа это:
А. Материал легированный акцепторной примесью.
Б. Материал легированный нейтральной примесью.
В. Материал легированный донорной примесью.
5. Полупроводник p-типа это:
А. Материал легированный акцепторной примесью.
Б. Материал легированный нейтральной примесью.
В. Материал легированный донорной примесью.
6. Компенсированный полупроводник это:
А. Материал легированный акцепторной примесью.
Б. Материал легированный донорной и акцепторной примесью.
В. Материал легированный донорной примесью.
7. Запрещенная зона это:
28
А. Энергетическая область, в которой могут свободно распространяться
электроны.
Б. Энергетическая область, в которой могут свободно распространяться
дырки.
В. Энергетическая область, в которой не могут свободно распространяться ни
электроны, ни дырки.
8. Квантовая яма это:
А. Полупроводниковый материал, в котором движение носителей заряда
ограничено в одном направлении.
Б. Полупроводниковый материал, в котором движение носителей заряда
ограничено в двух направлениях.
В. Полупроводниковый материал, в котором движение носителей заряда
ограничено в трех направлениях.
9. Квантовая нить это:
А. Полупроводниковый материал, в котором движение носителей заряда
ограничено в одном направлении.
Б. Полупроводниковый материал, в котором движение носителей заряда
ограничено в двух направлениях.
В. Полупроводниковый материал, в котором движение носителей заряда
ограничено в трех направлениях.
10. Квантовая точка это:
А. Полупроводниковый материал, в котором движение носителей заряда
ограничено в одном направлении.
Б. Полупроводниковый материал, в котором движение носителей заряда
ограничено в двух направлениях.
В. Полупроводниковый материал, в котором движение носителей заряда
ограничено в трех направлениях.
11. В одномерной потенциальной яме:
а) всегда есть, по меньшей мере, один уровень размерного квантования;
б) в очень мелкой потенциальной яме может не быть ни одного уровня
размерного квантования;
в) если ширина ямы меньше некоторого критического значения, уровень
размерного квантования существует при любой глубине ямы;
г) если ширина ямы больше некоторого критического значения, уровень
размерного квантования существует при любой глубине ямы.
12. Эффект размерного квантования отсутствует, если ширина квантовой ямы
превышает:
а) боровский радиус экситона;
29
б) линейный размер элементарной ячейки кристалла;
в) длину свободного пробега электронов.
13. При приведении в контакт двух компонент гетероструктуры происходит
выравнивание:
а) уровней энергий вакуума;
б) уровней Ферми;
в) уровней энергий дна зоны проводимости;
г) уровней энергий потолка валентной зоны.
14. Сумма разрывов валентной зоны и зоны проводимости на границе раздела
гетерокомпонент равна:
а) разности ширин запрещенных зон в двух компонентах гетероструктуры;
б) разности работ выхода в двух компонентах гетероструктуры;
в) разности энергий электронного сродства в двух компонентах гетероструктуры.
15. Гетероструктура, в которой область, занимаемая одной из компонент,
является ямой как для электронов, так и для дырок, относится:
а) к типу I;
б) к типу II;
в) к типу III.
16. Гетероструктура, в которой область, занимаемая одной из компонент,
является ямой для электронов и барьером для дырок, относится:
а) к типу I;
б) к типу II;
в) к типу III;
г) таких гетероструктур не существует.
17. С увеличением толщины барьеров в сверхрешетке происходит:
а) расширение разрешенных минизон;
б) сужение разрешенных минизон;
в) не происходит ни расширения, ни сужения минизон.
18. Межподзонные оптические переходы в прямоугольных квантовых ямах
могут происходить:
а) только в случае, если номера подзон, между которыми идут переходы,
отличаются на единицу;
б) между любыми подзонами;
в) между подзонами, номера которых обладают противоположной четностью.
19. Межзонные оптические переходы в прямоугольных квантовых ямах могут
происходить:
30
а) только в случае, если номера подзон в яме для электронов и яме для дырок,
между которыми идут переходы, отличаются на единицу;
б) между любыми подзонами;
в) между подзонами, номера которых обладают противоположной четностью;
г) только в случае, если номера подзон в яме для электронов и яме для дырок,
между которыми идут переходы, одинаковы.
20. Матричные элементы разрешенных межзонных оптических переходов в квантовых ямах:
а) такие же, как в объемном материале;
б) зависят от ширины квантовой ямы;
в) зависят от глубины квантовой ямы;
г) зависят от ширины и глубины квантовой ямы.
31
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА И
МАТЕМАТИЧЕСКИХ ФОРМУЛ
Графический материал. В отчете по лабораторной работе, кроме текста,
следует обратить внимание на правила оформления графического материала,
(чертежи, графики, схемы, диаграммы, фотоснимки, рисунки).
На все иллюстрации должны быть даны ссылки. Например, «... в
соответствии с рисунком 2». Допустима также ссылка на иллюстрацию
заключенная в скобках, например, (рисунок 4). Желательно оформление
графического материала проводить с использованием программы Origin 7.
Иллюстрации следует нумеровать арабскими цифрами порядковой
нумерацией. Номер следует размещать под иллюстрацией посередине после
слова «Рисунок». Если в работе только одна иллюстрация, её нумеровать не
следует и слово «Рисунок» под ней не пишут.
Таблицы. Цифровой материал рекомендуется помещать в отчете в виде
таблиц. Таблицу следует располагать непосредственно после текста, в
котором она упоминается впервые, или на следующей странице. На все
таблицы должны быть ссылки в тексте.
Таблицы следует нумеровать арабскими цифрами порядковой
нумерацией в пределах всей работы. Номер следует размещать в левом
верхнем углу над заголовком таблицы после слова «Таблица». Допускается
нумерация таблиц в пределах раздела. Если в работе одна таблица, её не
нумеруют и слово «Таблица» не пишут.
Каждая таблица должна иметь заголовок, который помещается ниже
слова «Таблица». Слово «Таблица» и заголовок начинаются с прописной
буквы, точка в конце заголовка не ставится.
Заголовки граф таблицы должны начинаться с прописных букв,
подзаголовки – со строчных, если последние подчиняются заголовку.
Заголовки граф указываются в единственном числе.
Таблицу следует размещать так, чтобы читать её без поворота работы,
если такое размещение невозможно, таблицу располагают так, чтобы её
можно было читать, поворачивая работу по часовой стрелке.
При переносе таблицы головку таблицы следует повторить, и над ней
размещают слова «Продолжение таблицы», с указанием её номера.
Если головка таблицы велика, допускается её не повторять, в этом
случае следует пронумеровать графы и повторить их нумерацию на
следующей
странице. Заголовок таблицы не повторяют.
Если цифровые или иные данные в какой-либо строке таблицы
отсутствуют, то ставится прочерк. Разделять заголовки и подзаголовки
боковика и граф диагональными линиями не допускается.
32
Если все показатели, приведённые в таблице, выражены в одной и той
же единице, то её обозначение помещается над таблицей справа.
Заменять кавычками повторяющиеся в таблице цифры, математические
знаки, знаки процента, обозначения марок материала, обозначения
нормативных документов не допускается.
Формулы и уравнения. Пояснение значений, символов и числовых
коэффициентов следует приводить непосредственно под формулой в той же
последовательности, как и в формуле.
Значение каждого символа и числового коэффициента следует давать с
новой строки, первую строку пояснения начинают со слова «где» без
двоеточия.
Уравнения и формулы следует выделять из текста в отдельную строку.
Выше и ниже каждой формулы или уравнения должно быть оставлено не
менее одной свободной строки.
Если уравнение не умещается в одну строку, оно должно быть
перенесено после знака равенства (=), или после знака плюс (+), или после
других математических знаков с их обязательным повторением в новой
строке.
Формулы и уравнения в отчете следует нумеровать порядковой
нумерацией в пределах всей работы арабскими цифрами в круглых скобках в
крайнем правом положении напротив формулы. Допускается нумерация
формул в пределах раздела.
33
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
ОБРАЗЦЫ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ССЫЛОК
Книги.Однотомное издание.
Автор. Заглавие: сведения, относящиеся к заглавию (см. на титуле) / сведения
об ответственности (авторы); последующие сведения об ответственности
(редакторы, переводчики, коллективы). – Сведения обизданиии
(информацияция о переиздании, номер издания). – Место издания:
Издательство, Год издания. – Объем. – (Серия).
Примечания:
1. Если у издания один автор, то описание начинается с фамилии и
инициалов автора. Далее через точку «.» пишется Заглавие. За косой чертой
«/» после заглавия Имя автора повторяется, как сведение об ответственности.
2. Если у издания два автора, то описание начинается с фамилии и
инициалов первого автора. За косой чертой «/» после заглавия сначала
указывается первый автор, а потом через запятую – второй автор.
3. Если у издания три автора, то описание начинается с фамилии и
инициалов первого автора. За косой чертой «/» после заглавия сначала
указывается первый автор, а потом через запятую – второй и третий авторы.
4. Если у издания четыре автора и более, то описание начинается с заглавия.
За косой чертой указываются все авторы.
5. Если у издания есть один или несколько авторов, и также указаны
редакторы, составители, переводчики и т.п., то информация о
нихуказывается в сведении об ответственности, после всех авторов перед
точкой с запятой «;».
6. Если у издания нет автора, но указаны редакторы, составители,
переводчики и т.п., то описание начинается с заглавия. За косой чертой после
заглавия сразу пишутся редакторы, составители и т.п. с указанием функции.
7. Если у издания нет автора, редакторов и т.п., то после заглавия сразу
идет информация об издании после точки и тире «. – ».
Примеры:
1. Современная информатика: наука, технология, деятельность / Р.С.
Гиляревский, Г.З. Залаев, И.И. Родионов, В.А. Цветкова; под ред. Ю.М.
Арского. – М.: Информатика, 1997. – 211 с.
2. Иллюстрированный словарь английского и русского языка с указателями. –
М.: Живой язык, 2003. – 1000 с.
Отдельный том многотомного изданияю
Автор. Заглавие издания: сведения, относящиеся к заглавию (см. на титуле).
Обозначение и номер тома: Заглавие тома / Сведения об ответственности
(авторы); последующие сведения об ответственности (редакторы,
переводчики, коллективы). – Город издания: Издательство, Год издания –
Объем. – (Серия). или
34
Автор. Заглавие тома / Сведения об ответственности (авторы); последующие
сведения об ответственности (редакторы, переводчики, коллективы). – Город
издания: Издательство, Год издания – Объем. – (Заглавие издания: сведения
относящие к заглавию / Сведения об ответственности (авторы); обозначение и
номер тома).
Примечания:
Под томом понимается отдельная физическая единица, входящая в состав
многочастного документа, обозначаемая как том, часть, выпуск, сборник,
альбом, тетрадь и т. п.
Примеры:
1. Казьмин, В. Д. Справочник домашнего врача: в 3 ч. Ч. 2: Детские болезни /
Вл. Казьмин. – М.: АСТ: Астрель, 2002. – 503 с.: ил.
или
2. Казьмин, В. Д. Детские болезни / Вл. Казьмин. – М.: АСТ: Астрель, 2002. –
503 с.: ил. – (Справочник домашнего врача: в 3 ч. / Вл. Казьмин; ч. 2).
Неопубликованные документы.
Диссертации.
Автор. Заглавие: сведения, относящиеся к заглавию (см. на титуле): шифр
номенклатуры специальностей научных работников: дата защиты: дата
утверждения / сведения об ответственности (автор); последующие сведения
об ответственности (коллектив). – Место написания, Дата написания. –
Объем.
Примечания:
В сведениях, относящихся к заглавию, приводят сведения о том, что данная
работа представлена в качестве диссертации, а также сведения об ученой
степени, на соискание которой представлена диссертация. Сведения приводят
в сокращенном виде, например: дис. ... канд. пед. наук дис. ...д-ра техн. наук.
Примеры:
Тевлина, В.В. Исторический опыт подготовки специалистов в области
социальной работы в России. Вторая половина XIX-XX вв.: дис. ... д-ра ист.
наук: 07.00.02: защищена 04.10.04/ В.В. Тевлина; Поморский
государственный университет им. М.В. Ломоносова. – Архангельск, 2004. –
409 с.
Автореферат диссертации.
Автор. Заглавие: сведения, относящиеся к заглавию (см. на титуле): шифр
номенклатуры специальностей научных работников: дата защиты: дата
утверждения / сведения об ответственности (автор); последующие сведения
об ответственности (коллектив). – Место написания, Дата написания. –
Объем.
Примечания:
В сведениях, относящихся к заглавию, приводят сведения о том, что данная
работа представлена в качестве автореферата диссертации на соискание
35
ученой степени. Сведения приводят в сокращенном виде, например: автореф.
дис. ... канд. физ. наук автореф. дис. ... д-ра тех. Наук.
Примеры:
Бесстрашнова, Я. К. Модели и методы управления надежностью
коммерческого кредитования: автореф. дис. ... канд. экон. наук: 08.00.13:
защищена 30.10.03 / Я.К. Бесстрашнова; СПбГПУ . – СПб., 2003. – 20 с.
Электронные ресурсы.
Электронный ресурс локального доступа (CD).
Автор. Заглавие [Электронный ресурс]: сведения, относящиеся к заглавию /
сведения об ответственности (авторы); последующие сведения об
ответственности (редакторы, переводчики, коллективы). – Обозначение вида
ресурса («электрон. дан.» и/или «электрон. Прогр»). – Место издания:
Издательство, Год издания. – Обозначение материала и количество
физических единиц. – (Серия).
Примечания:
1. Описание электронного ресурса в области «Автор» и «Сведения об
ответственности» осуществляется по правилам описания книжного
издания.
2. Обозначение материала приводят сразу после заглавия в квадратных
скобках: [Электронный ресурс].
Примеры:
1. Даль, Владимир Иванович. Толковый словарь живого великорусского
языка Владимира Даля [Электронный ресурс] : подгот. по 2-му печ. изд.
1880–1882 гг. – Электрон. дан. – М. : ACT, 1998. – 1 электрон. опт. Диск (CDROM) – (Электронная книга).
2. Атлас-98 [Электронный ресурс]: 3D: самый подроб. полностью трехмер.
атлас мира. – Электрон. дан. и прогр. – [Б. м.], 1998. – 1 электрон, опт. диск
(CD-ROM). – (Весь мир в 3D).
Электронный ресурс удаленного доступа (Internet).
Автор. Заглавие [Электронный ресурс]: сведения, относящиеся к заглавию /
сведения об ответственности (авторы); последующие сведения об
ответственности (редакторы, переводчики, коллективы). – Обозначение вида
ресурса («электрон. текст. дан.»). – Место издания: Издательство, Дата
издания. – Режим доступа: URL. – Примечания («Электрон. Версия печ.
Публикации»).
Примечания:
1. Описание электронного ресурса в области «Автор» и «Сведения об
ответственности» осуществляется по правилам описания книжного издания.
2. Обозначение материала приводят сразу после заглавия в квадратных
скобках: [Электронный ресурс].
3. Если описывается сайт в целом, то область «Дата издания» будет выглядеть
следующим образом: Год начала издания - год окончания издания. Если
36
работа над сайтом продолжается в текущий момент, то приводят год начала
издания и тире после него с последующим пробелом в 4 знака.
Примеры:
1. Исследовано в России [Электронный ресурс] : многопредмет. науч. журн. /
Моск. физ.-техн. ин-т. – Электрон. журн. – Долгопрудный : МФТИ, 1998 – . –
Режим доступа к журн.: http://zhurnal.mipt.rssi.ru.
2. Российская государственная библиотека [Электронный ресурс] / Центр
информ. технологий РГБ ; ред. Власенко Т.В.; Web-мастер Козлова Н.В. –
Электрон. дан. – М.: Рос. гос. б-ка, 1997 – . – Режим доступа: http://www.rsl.ru,
свободный.
3. История книги [Электронный ресурс]: учебник для вузов / ред.
А.А.Говоров, Т.Г.Куприянова; Московский гос. ун-т печати, Лаборатория
компьютеризации ФИДиКТ. – Электрон. текстовые дан. И граф. дан. – М.:
Издательство МГУП "Мир книги", 1998. – 348 с.: цв. - Режим доступа:
http://www.hi-edu.ru/e-books/HB/, свободный. – Электрон. версия печ.
публикации.
Составные части документов.
Общая схема описания:
Сведения о статье // Сведения об источнике статьи. – Сведение
оместоположении статьи в документе.
Статья из книги.
Автор. Заглавие статьи: сведения, относящиеся к заглавию / сведения об
ответственности (авторы статьи) // Заглавие книги: сведения, относящиеся к
заглавию / сведения об ответственности (авторы книги); последующие
сведения об ответственности (редакторы, переводчики, коллективы). – Место
издания: Издательство, Год издания. – Местоположение статьи (страницы).
Примечание:
Сведение об издательстве в области выходных данных книги можно
упустить.
Примеры:
1. Майо-Знак, Э.О. Статистика печати / Э.О. Майо-Знак // Книговедение :
энцикл. словарь. – М. : Сов. энцикл., 1982. – С. 517-519.
2. Воронцова, М.В. Федеральный и региональный компоненты содержания
экологического образования / М.В. Воронцова // XV международные
Ломоносовские чтения: сб. научных трудов / ПГУ. – Архангельск: Изд-во
ПГУ, 2003. – С. 476–477.
Статья из журнала.
Автор. Заглавие статьи: сведения, относящиеся к заглавию / сведения об
ответственности (авторы статьи) // Название журнала. – Год выпуска. –
Номер выпуска. – Местоположение статьи (страницы).
Примечание:
37
Если статья размещена в двух и более журналах, то сведения о ее
местоположении в каждом из номеров отделяют точкой с запятой.
Примеры:
1. Ладынин, И.А. Дафны в библейской и египетско-христианской традиции о
финале царствования Априя: конец 570-х - начало 560-х годов до н. э. / И.А.
Ладынин // Вестник древней истории. – 2004. – N 3. – С. 3–13.
2. Казаков, Н.А. Запоздалое признание / Н.А. Казаков // На боевом посту. –
2000. – № 9. – С. 64–76; № 10. – С. 58–71.
Литература
1. ГОСТ 7.1-2003. Библиографическая запись. Библиографическое описание.
Общие требования и правила составления.
2. ГОСТ 7.82-2001. Библиографическая запись. Библиографическое описание
электронных ресурсов.
3. ГОСТ 7.12-93. Библиографическая запись. Сокращение слов на русском
языке. Общие требования и правила.
38
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
НАНОЭЛЕКТРОНИКИ
(ГЛОССАРИЙ)
Блоховские осцилляции
Bloch oscillations
Периодическое движение зонных носителей заряда в идеальном
периодическом потенциале решетки при приложении электрического поля,
обусловленное периодической зависимостью энергии от квазиимпульса. В
реальных решетках из-за рассеяния на дефектах блоховские осцилляции не
могут наблюдаться. Более благоприятны условия для реализации Болховского
генератора в полупроводниковых сверхрешетках.
Боровский радиус
Bohr radius
Соответствующий нижайшему энергетическому уровню радиус электронной
орбиты в атоме водорода в модели Бора.
Боровский радиус эффективный
Effective Bohr radius
Радиус связанного водородоподобного состояния зонных носителей на
заряженном центре, соответствующий нижайшему энергетическому уровню.
В полупроводниках с малой эффективной массой носителей и при типичных
значениях диэлектрической проницаемости в сотни раз больше
боровскогорадиуса в атоме водорода. Отсюда ясно, что масштаб длин,
соответствующих проявлению квантовых свойств частиц, от характерной для
атомов величины 0,05 нм сдвигается в полупроводниках в область единиц и
десятков нм, вполне доступных для современных нанотехнологий.
Встроенное поле
Built-in field
Электрическое поле, возникающее в условиях термодинамического
равновесия в гетеро- или гомопереходе с неравной нулю контактной
разностью потенциалов.
Вырожденный газ
degenerate gas
Газ высокой плотности, в котором распределение частиц газа лимитировано
квантовомеханическим принципом тождественности частиц (принципом
Паули для фермионов). Заполнение состояний такого газа описывается
распределением Ферми. В полупроводниковых структурах вырождение имеет
место в тех областях, где уровень Ферми расположен в разрешенной зоне и
39
отделен от ее дна энергетическим расстоянием, превышающим тепловую
энергию.
Динамическая эффективная масса
Kinetics (motional) effective mass
Параметр размерности массы в формуле, выражающий скорость частицы с
непараболическим за-коном дисперсии через ее импульс в виде, аналогичном соотношению между этими величинами для стандартного
(квадратичного) дисперсионного соотношения. Зависит от закона дисперсии
и размерности пространства.
Длина экранирования
Screening length
Параметр размерности длины, характеризующий глубину проникновения
внешнего электрического поля в системе носителей заряда. При экранировании кулоновского поля - радиус экранирования.
Длина свободного пробега
Mean free path
Среднее расстояние, проходимое носителем заряда между
последовательными актами рассеяния на дефектах.
.
Де Бройля длина волны
De Broglie wavelenght
Длина волны  =h/p, сопоставляемая в волновой механике частице с
импульсом p (h – постоянная Планка).
Закон дисперсии
Dispersion relation
Зависимость кинетической энергии зонных носителей от их квазиимпульса.
Зеемановское расщепление
Zeeman splitting
Спиновое расщепление энергетических уровней в магнитном поле. В
трехмерном электронном газе отношение орбитального расщепления (уровни
Ландау) к зеемановскому величина постоянная. В двумерной системе в
наклонном магнитном поле циклотронное расщепление определяется только
нормальной к двумерной плоскости компонентой магнитного поля, что
позволяет управлять структурой расщепленных по спину уровней Ландау,
вплоть до изменения порядка их следования.
Инверсионный слой
Inversion layer
40
Приповерхностная область полупроводника МДП-структуры, в которой
концентрация неосновных (по отношению к объему полупроводника) носителей превышает концентрацию заряженных примесей. Инверсионный слой
отделен от квазинейтральной области полупроводника слоем обеднения.
Интерфейс
Interface
Граница между двумя материалами.
Квазиклассическое приближение
Quasiclassical approximation
(WKB method)
Приближенный метод решения уравнения Шредингера. Определение
собственных значений энергии при таком подходе сводится к вычислению
определенных интегралов, что несравнимо проще задачи нахождения
собственных функций и собственных значений исходного уравнения.
Точность метода
падает с уменьшением номера уровня, однако
вполне разумна даже для основного состояния. В ряде важных случаев
квазиклассические решения совпадают с точными.
Квазинейтральная область
Quasi-neutral region
Области полупроводниковых гетероструктур, настолько удаленные от
гетеропереходов, что объемные концентрации зонных носителей заряда в них
можно считать равными концентрациям заряженных примесей.
Квант магнитного потока
Magnetic-flux quantum
Имеющая размерность магнитного потока комбинация мировых констант
(отношение произведения скорости света на постоянную Планка к заряду
электрона Ф0 = ch/e). С каждым состоянием заряженной частицы двумерной
системы в магнитном поле H связан магнитный поток, равный Ф0. Это
определяет кратность вырождения уровней Ландау nH = eH/ch.
Квант проводимости
Conductance quantum
Имеющая размерность проводимости комбинация мировых констант
(отношение удвоенного квадрата заряда электрона к постоянной Планка)
G0=2e2/h. В таких единицах квантуется кондактанс квантовых нитей в
баллистическом режиме и холловская компонента двумерного кондактанса в
квантовом эффекте Холла.
Квантовая нить (проволока)
41
Quantum wire
Наноструктура с одномерным электронным газом, в которой движение
носителей пространственно ограничено по двум степеням свободы
(двумерная квантовая яма).
Квантовая плоскость
Quantum plane
Наноструктура, в которой движение носителей ограничено по всем
пространственным степеням свободы. Локализованные в такой трехмерной
квантовой яме носители образуют «нульмерный» газ с полностью
дискретным спектром, подобно атомному спектру. В отличие от
естественных атомов, локализация электронов (дырок) в таком искусственном атоме обусловлена не кулоновским притяжением к ядру, а
отталкиванием от потенциальных барьеров на границах квантовой ямы.
Квантовая точка
Quantum dot
Наноструктура, в которой движение носителей ограничено по всем
пространственным степеням свободы. Локализованные в такой трехмерной
квантовой яме носители образуют «нульмерный» газ с полностью
дискретным спектром, подобно атомному спектру. В отличие от
естественных атомов, локализация электронов (дырок) в таком искусственном атоме обусловлена не кулоновским притяжением к ядру, а
отталкиванием от потенциальных барьеров на границах квантовой ямы.
Квантовая яма
Quantum well
Потенциальная яма в полупроводниковых структурах, размеры которой
меньше или сравнимы с длиной волны де Бройля локализованного в ней носителя заряда. В результате спектр носителе в яме квантуется и становится
дискретным.
Квантовый эффект Холла (дробный)
Quantum Hall effect (fractional)
Эффект Холла в высокоподвижном двумерном электронном газе в
квантующих магнитных полях и при низких температурах, заключающийся в
кван-товании холловской компоненты кондактанса в дробных единицах G0
(G=pG0 /q, где p,q – целые числа). Наиболее выражен при нечетных значениях
знаменателя дроби. В отличие от целочисленного квантового эффекта Холла,
находящего объяснение в рамках одноэлектронной модели, обусловлен эффектами межэлектронного взаимодействия.
Квантовый эффект Холла (целочисленный)
Quantum Hall effect
42
(integer)
Эффект Холла в двумерном электронном газе в квантующих магнитных
полях и при низких темпе-ратурах, заключающийся в квантовании холловской компоненты кондактанса в единицах e2/h G0
(G= e2/h =iG0/2 , где i – целое число)
Кондактанс
Conductance
Отношение приложенной к проводящей системе разности потенциалов к
протекающему через нее току. В отличие от удельной проводимости, является характеристикой конкретного образца в целом. В квантовых нитях в
режиме баллистического переноса квантуется в единицах 2e2/h.
Контактная разность потенциалов
Сontact potential
Разность потенциалов, возникающая при контакте двух материалов в гомо
или гетероструктурах. Равна разности работ выхода образующих гетеропереход материалов.
Конфайнмент
Сonfinement
Термин (заимствован из хромодинамики), широко используемый физике
полупроводниковых наноструктур и аналогичный понятию
пространственного ограничения.
Конфайнмент кинетический
Kinetic confinement
Эффект релятивистского типа в наноструктурах с непараболическим законом
дисперсии (или с разрывом величины эффективных масс при интерфейсах),
заключающийся в образовании потенциальной яме, не имеющей связанного
состояния для покоящейся частицы, локализованных состояний при
квазиимпульсах, превышающих его некоторое критическое значение
(зависящее от ограничивающего потенциала). Подзонные законы дисперсии в
этом режиме обрываются со стороны малых квазиимпульсов.
Композиционная квантовая яма
Потенциальная яма в полупроводниковых трехслойных наноструктурах,
носители в среднем слое которой отделены от соседних областей близким к
прямоугольному барьером, высота которого равна разрыву соответствующих
зон на гетерограницах.
Краевые состояния
Edge states
43
Энергетические состояния, соответствующие скачущим траекториям
носителей заряда двумерной системы вблизи ее границ в квантующем
магнитном поле. В отличие от вырожденных по положению центров
осцилляторов дискретных состояний в магнитном поле, соответствующих
удаленным от границ орбитам (уровни Ландау), энергия краевых состояний
непрерывно возрастает по мере приближения центра циклотронной орбиты к
границе. В результате, вблизи границ энергетический спектр в магнитном
поле становится непрерывным. Краевые состояния играют важную роль в
объяснении квантового эффекта Холла.
Кратность вырождения уровней Ландау
Degeneracy factor
Число состояний, относящихся к одному уровню Ландау. Однозначно
определяется величиной магнитного поля.
Ландау уровни
Landau levels
Уровни орбитального квантования спектра свободных носителей заряда
двумерной системы в магнитном поле, обусловленного финитным характером их движения (циклотронное движение). В трехмерной системе, где
носители могут иметь произвольную компоненту квазиимпульса вдоль
магнитного поля, правильнее говорить о (одномерных) подзонах Ландау.
Ландауэра формула
Landauer formula
Формула для кондактанса квантовой нити, связывающая его с квантом
проводимости G0, коэффициентом прохождения T и числом одномерных
подзон в нити i G1D= iG0T
Магнитная длина
Magnetic length
Параметр, характеризующий размеры области локализации волновой
функции электрона в магнитном поле. Зависит только от магнитного поля.
МДП-структура
MIS (MOS) structure
Структура металл-диэлектрик-полупроводник. Глубиной квантовой ямы в
приповерхностной области полупроводника и концентрацией носителей в
такой структуре можно в широких пределах управлять, изменяя напряжение
на полевом (металлическом) электроде.
Невырожденный газ
Non-degenerate gas
44
Газ малой плотности, в котором можно пренебречь влиянием
квантовомеханического принципа тождественности частиц. В случае
фермионного газа это соответствует слабому влиянию принципа Паули на
распределение частиц газа по состояниям и газ с хорошей точностью сможет
быть описан классической статистикой Больцмана. В полупроводниковых
структурах классической статистике подчи-няются зонные носители в
областях, где уровень Ферми расположен в запрещенной зоне и отделен от ее
дна энергетическим расстоянием, превышающим тепловую энергию.
Обедненный слой
Depletion layer (region)
Область вблизи p-n перехода в гетероструктурах или в МДП-структурах, в
которой концентрация свободных носителей мала по сравнению с концентрацией заряженных примесей.
Обогащенный слой
accumulation layer
Приповерхностная область полупроводника, обра-зующаяся при приложении
электрического поля, притягивающего к поверхности основные носители
заряда.
Параболическая потенциальная яма
Parabolic quantum well
Потенциал гармонического осциллятора. Потенциальная яма,
аппроксимирующая ограничивающий потенциал в дельта-легированных
слоях. Эффективный потенциал частицы в магнитном поле. Для
квадратичного закона дисперсии локализованных в такой яме частиц их
энергетический спектр – сетка эквидистантных уровней.
Плоские зоны
Flat band
Энергетическая диаграмма структуры, соответствующая независящему от
координат положению энергетических уровней. Условием режима плоских
зон в системе или ее части является отсутствие зарядов.
Плотность состояний
Density of states
Число энергетических состояний в системе размерности d , приходящихся на
единичный интервалэнергии в расчете на единицу d-мерного объема.
Определяется энергетическим спектром системы(для подзон размерного
квантования их законом дисперсии).
Подзона размерного квантования
Subband (of size quantization)
45
Совокупность энергетических состояний в одномерном или двумерном газе
носителей, принадлежащих одному уровню размерного кантования и
отличающихся величиной и направлением квазиимпульса.
Подвижность
Mobility
Отношение дрейфовой скорости носителей к электрическому полю.
Клитцинга постоянная
von Klitzing constante
Новая единица в метрологии h/e2, равная удвоенной величине, обратной
кванту проводимости и служащая эталоном сопротивления (25812, 807 Ом).
Приближение полного истощения
Full depletion approximation
Общепринятая модель p-n гетероперхода, упрощающая расчет
пространственного распределения встроенного электрического поля и
потенциала. Предполагает, что область вблизи перехода не содержит
свободных носителей с резким переходом к соседним квазинейтральным
областям.
Приповерхностная квантовая яма
Surface quantum well
Самосогласованная потенциальная яма, образующаяся в приповерхностной
области полупроводника при приложении к нему внешнего электрического
поля (например, при подаче напряжения на полевой электрод полевого
транзистора), если размеры ямы близки или сравнимы с длиной волны де
Бройля.
Пуассона уравнение
Poisson equation
Дифференциальное уравнение второго порядка, связывающее электрический
(или химический) потенциал с объемной плотностью заряда. Основное
уравнение, определяющее самосогласованный потенциал в гетеростркутурах,
как при квазиклассическом, так и при квантовом рассмотрении.
Работа выхода
Work function
Энергия, которую необходимо сообщить носителю заряда с энергией,
совпадающей с уровнем Ферми, чтобы удалить его из кристалла. В
полупроводниках, в отличие от электронного сродства, зависит от
легирования (в невырожденных полупроводниках носит формальный
характер).
46
Размерное квантование
Size quantization
Квантование спектра зонных носителей при их пространственном
ограничении в полупроводниковых гетероструктурах. Существенно, когда
масштаб пространственного ограничения порядка или меньше дины волны де
Бройля, что обычно приходится на интервал от нескольких до десятков нанометров.
Разрыв зон
Bands discontinuity
Разница в энергетическом положении зон на интерфейсе гетероперехода,
возникающая за счет разности электронного сродства контактирующих
материалов.
Скорость дрейфа
Drift velocity
Среднее приращение скорости носителей заряда при его движении в
электрическом поле на участке траектории между актами рассеяния.
Соотношение Эйнштейна
Einstein relation
Соотношение, связывающее подвижность и коэффициент диффузии. Зависит
от размерности системы, закона дисперсии и степени вырождения
Сопротивление (резистанс)
resistance
Отношение тока в проводящей системе к приложенной разности
потенциалов. В отличие от удельного сопротивления, является
характеристикой конкретного образца в целом. В квантовых нитях в режиме
баллистического переноса квантуется в единицах h /2e2.
Томаса-Ферми длина
Tohmas-Fermi length
Длина линейного экранирования в вырожденном d-мерном газе носителей
заряда.
Уровень размерного квантования
Size quantization energy level
Энергетический уровень в потенциальной яме, образующийся при
пространственном ограничении движения носителя заряда в наноструктурах.
В системах с непараболическим спектром – дно подзоны размерного
квантования.
Удельная проводимость
47
Conductivity
Локальная характеристика проводящих электрический ток систем, равная
отношению плотности тока к приложенному электрическому полю. В магнитном поле и в анизотропных средах является тензором.
Фактор заполнения (уровней Ландау)
Filling factor
Отношение числа носителей заряда в двумерной системе к числу состояний
на одном уровне Ландау.
Фермиевская длина (волны)
Fermi length
Длина волны де Бройля, соответствующая фермиевскому квазиимпульсу pF
вырожденного газа носителей lF =h/pF.
Ферми поверхность
Fermi surface
Изоэнергетическая поверхность в пространстве квазиимпульсов,
соответствующая энергии Ферми E(p)=EF и отделяющая заполненные
состояния от пустых в системах с вырожденным электронным газом. В
двумерном случае поверхность Ферми вырождается в линию Ферми, в
одномерном в две точки.
Циклотронная эффективная масса
Cyclotron effective mass
Параметр размерности массы фигурирующий в формуле для циклотронной
частоты носителей с неквадратичным законом дисперсии, записанной в виде,
аналогичном случаю свободного электрона. Зависит как от закона дисперсии
и размерности пространства. В случае двумерной (и только) при любом
законе дисперсии системы совпадает с эффективной массой плотности
состояний.
Химический потенциал (химпотенциал)
Chemical potential
В полупроводниках в условиях термодинамического равновесия энергетическое расстояние от дна зоны проводимости Ec до уровня Ферми F
(разность F - Ec). Определяет распределение зонных носителей по зонным и
примесным состояниям (концентрации носителей и заряженных примесей). В
неоднородных системах и во внешних полях является функцией координаты.
в вырожденных полупроводниках и металлах при T=0 эквивалентен энергии
Ферми.
Электрический квантовый предел
Electric quantum limit
48
Соответствует таким параметрам электростатического потенциала квантовой
ямы, при которых заполнена только одна подзона размерного квантования (по
аналогии с магнитным квантовым пределом, соответствующим заполнению
одного уровня Ландау). В этих условиях электронный газ в двумерных
(одномерных) подзонах наиболее близок к идеальному двумерному
(одномерному) газу.
Электронное сродство
Electron affinity
Энергия, которую необходимо сообщить электрону на дне зоны
проводимости (т.е. с нулевой кинетической энергией), чтобы удалить его из
кристалла.
Энергия Ферми (электрохимический потенциал)
Fermi energy (electrochemical potential, diffusion potential)
Термодинамический потенциал, определяемый как изменение энергии
системы в расчете на одну частицу при ее добавлении к системе. Равен сумме
электрического и химического потенциалов. В условиях термодинамического
равновесия одинаков во всех областях системы, откуда следует, что изменение электрического потенциала во внешних или встроенных полях
приводит к такому же, но обратному по знаку изменению химпотенциала.
Энергия Ферми
Fermi energy
В металлах и вырожденных полупроводниках энергия Ферми соответствует
граничной энергии в разрешенной зоне, отделяющей при T=0 состояния,
заполненные носителями, от незанятых, т.е. максимальной энергии
носителей.
Эффективная масса плотности состояний
Effective mass for density of states
Параметр размерности массы в формуле, выражающий зависимость
плотности состояний от энергии D(E) в электронном газе с непараболическим законом дисперсии в виде, аналогичном такому соотношению для
стандартного (квадратичного) дисперсионного соотношения. Отличие реальной зависимости D(E) от стандартной переносится при такой записи на
эффективную массу, которая, таким образом, является теперь функцией
энергии. Зависит как от закона дисперсии, так и размерности пространства.
49
Ассемблер (наноассемблер) – молекулярный механизм, созданный с
помощью нанотехнологий, способный составлять из отдельных атомов
заданные наноструктуры.
Одна из наиболее важных задач нанотехнологии и наноробототехники –
создание робота размерами с бактерию или меньше, способного «строить» из
атомов различные объекты, предварительно заданные человеком, а также
строить самого себя из тех же атомов – т.е. «размножаться»
(реплицироваться), как это делают настоящие бактерии. Такие устройства
называются репликаторами.
Атомно-силовой микроскоп (АСМ) – сканирующий зондовый микроскоп
высокого разрешения, основанный на взаимодействии иглы кантилевера
(зонда) с поверхностью исследуемого образца. Обычно под взаимодействием
понимается притяжение или отталкивание кантилевера от поверхности из-за
сил Ван-дер-Ваальса. Но при использовании специальных кантилеверов
можно изучать электрические и магнитные свойства поверхности.
Нанотехнологии – междисциплинарная область фундаментальной и
прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического
обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также
методов производства и применения продуктов с заданной атомарной
структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и
молекулами.
Наноэлектроника — область электроники, занимающаяся разработкой
физических и технологических основ создания интегральных электронных
схем с характерными топологическими размерами элементов менее 100 нм.
НЭМС (наноэлектромеханические системы) – электромеханический
комплекс с исполнительными узлами нанометровых размеров.
НЭМС, в первую очередь – различные осцилляторы и колебательные
контуры. Также распространено использование НЭМС в составе оптических
переключателей. За НЭМС видят будущее развития механических
компьютеров, миниатюризацию логических узлов, памяти. Особое внимание
ученые уделяют лабораториям на-чипе, которые можно сконструировать на
базе НЭМС.
Углеродные однослойные нанотрубки (УНТ) – протяжённые однослойные
наноструктуры, состоящие из свёрнутых гексагональных сеток с атомами
углерода в узлах, открытые в 1991 году японским исследователем Иджимой.
УНТ являются перспективным материалом для формирования
наноэлектрических схем и наноэлектромеханических систем, а также для
наноробототехники.
50
Графен – двумерный кристаллический углеродный материал, который
удобно представить в виде одного слоя углеродных атомов, образующих
слоистую структуру графита. материла
Фотонные кристаллы - системы, в которых имеется зонный спектр для
фотонов.