ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

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».