Nanoelektronika a nanotechnologie

Přednášející:

Jan Voves (gar.)

Cvičící:

Jan Voves (gar.)

Předmět zajišťuje:

katedra mikroelektroniky

Anotace:

Cílem předmětu je seznámení studentů se současnými nanotechnologiemi ve vztahu k elektronickým, fotonickým a spintronickým aplikacím. V předmětu jsou využity základy kvantové teorie k objasnění jevů, ke kterým dochází v nanometrových strukturách. Probrány jsou základní nanoelektronické součástky a jejich možné aplikace. Pozornost je věnována moderním počítačovým metodám a modelům, které umožňují simulovat funkci nanoelektronických struktur a které jsou důležitým nástrojem při jejich návrhu a optimalizaci.

Požadavky:

elektronické prvky, elektronické obvody, teorie elektromagnetického pole, základy kvantové mechaniky, matematická analýza, maticový počet

Osnova přednášek:

1.Úvod - cesta k nanoelektronice

2.Kvantové jevy v nanostrukturách, polovodičové heterostruktury v nanoelektronice.

3.Nanometrové struktury. Výpočty kvantových stavů a vlnových funkcí

4.Modely kvantového transportu

5.Simulace nanoelektronických součástek

6.Systémy TCAD . Využití při návrhu a výrobě polovodičových součástek a obvodů.

7.Moderní metody epitaxe. Epitaxe z molekulárních svazků (MBE), epitaxe z organokovů (MOVPE)

8.Nanolitografie. Extrémní ultrafialová litografie, rentgenová, eleketronová a iontová litografie.

9.Dvorozměrné struktury. Heterostrukturní FET (HEMT). Součástky s rezonančním tunelováním a jejich aplikace

10.Jednorozměrné struktury. Uhlíhové nanotrubky a jejich aplikace.

11.Kvantové tečky a jejich aplikace. Coulombovská blokáda. Tranzistory s jedním elektronem. Polovodičové lasery.

12.Spintronické nanosoučástky. Feromagnetické polovodiče, Rashbův jev, obří magnetorezistence.

13.Nanoelektronika se supravodivými součástkami, Josephsonův jev, SQUID.

14.Molekulární elektronika. Vytváření nanostruktur přístupem „bottom - up“.

Osnova cvičení:

1.Seminář: Shrnutí základů polovodičové elektroniky

2.Seminář: Kvantové jevy v nanostrukturách - základní pojmy a principy

3.Seminář: Kvantové jevy v nanostrukturách - příklady aplikací kvantověmechanických principů

4.Počítačové nástroje pro studium kvantových jevů - praktické ukázky na PC.

5.Počítačové nástroje pro studium kvantových jevů - samosatatná práce - simulace RTD na PC.

6.Počítačové nástroje pro studium kvantových jevů - samosatatná práce - simulace kvantové tečky na PC.

7.Systémy TCAD - praktické ukázky systémů pro návrh polovodičových struktur na PC.

8.Systémy TCAD - simulace nanometrového FET na PC.

9.Exkurze: FzÚ AV ČR - moderní metody epitaxe (MBE, MOVPE)

10.Systémy TCAD. - simulace HEMT, HBTna PC

11.Systémy TCAD. - simulace polovodičového laseru na PC

12.Exkurze: ÚFE AV ČR - charakterizace nanostruktur (AFM, BEEM, SIMS)

13.Mikroskopie skenující sondou - praktické ukázky (AFM,SPM)

14.Zápočet

Cíle studia:

Cílem studia je získat základní přehled o uplatnění nanotechnologií v elektronice a spintronice a seznámit studenty s posledními v oblasti elektronických nanosoučástek.

Studijní materiály:

1.K. Goser, P. Glösekötter, J. Dienstuhl, Nanoelectronics and Nanosystems, Springer, 2004.

2.J. Voves, J. Kodeš, Elektronické součástky nové generace, Grada 1995

3.P. Harrison, Quantum Wells, Wires and Dots, J. Wiley & Sons, 1999.

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 14p+6s

Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Komunikace, multimedia a elektronika - Elektronika_145231 (povinný předmět oboru)