Nanoelektronika a nanotechnologie

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

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. Grafén, 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

Poznámka:

Další informace:

https://moodle.fel.cvut.cz/enrol/index.php?id=1995

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: