- •Предисловие
- •Условные обозначения
- •Список сокращений
- •Введение
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 1 СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ
- •1.1. Равновесное расположение частиц в кристалле
- •1.2. Идеальные кристаллы. Решетки Бравэ
- •1.3. Нормальные колебания решетки. Фононы
- •1.4. Структура реальных кристаллов
- •1.5. Структурозависимые свойства
- •1.6. Жидкие кристаллы
- •1.7. Аморфное состояние
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 2 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ
- •2.1. Волновые свойства микрочастиц
- •2.2. Уравнение Шредингера. Волновая функция
- •2.3. Свободный электрон. Фазовая и групповая скорости
- •2.4. Электрон в потенциальной яме
- •2.5. Туннелирование микрочастиц сквозь потенциальный барьер
- •2.6. Квантовый гармонический осциллятор
- •2.7. Водородоподобный атом. Постулат Паули
- •Контрольные вопросы и задания
- •ГЛАВА 3 ЭЛЕМЕНТЫ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
- •3.1. Термодинамическое и статистическое описание коллектива. Функция распределения
- •3.3. Функция распределения Максвелла-Больцмана Химический потенциал
- •3.4. Функция распределения Ферми-Дирака. Энергия Ферми
- •3.5. Функция распределения Бозе-Эйнштейна
- •Контрольные вопросы и задания
- •ГЛАВА 4 ЭЛЕМЕНТЫ ЗОННОЙ ТЕОРИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
- •4.1. Обобществление электронов в кристалле
- •4.3. Зоны Бриллюэна
- •4.4. Эффективная масса электрона
- •4.6. Примесные уровни
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 5 ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
- •5.1. Проводимость и подвижность носителей
- •5.2. Механизмы рассеяния и подвижность носителей
- •5.4. Электропроводность полупроводников
- •5.5. Электропроводность металлов и сплавов
- •5.6. Сверхпроводимость
- •5.7. Основы теории Бардина – Купера – Шриффера
- •5.8. Эффекты Джозефсона
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 6 РАВНОВЕСНЫЕ И НЕРАВНОВЕСНЫЕ НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА
- •6.1. Генерация и рекомбинация неравновесных носителей. Время жизни
- •6.2. Уравнения непрерывности
- •6.3. Фотоэлектрические явления в полупроводниках
- •6.4. Полупроводники в сильном электрическом поле
- •6.6. Эффект Ганна
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 7 Контактные явления
- •7.1. Работа выхода электрона. Контакт металл – металл
- •7.2. Контакт металл – полупроводник
- •7.3. Электронно-дырочный переход
- •7.4. Выпрямляющее действие p-n–перехода. Пробой
- •7.5. Гетеропереходы
- •7.6. Эффект Зеебека
- •7.7. Эффект Пельтье
- •7.8. Фотоэффект в p-n–переходе. Фотодиоды
- •7.9. Излучательные процессы в p-n–переходе. Светодиоды
- •7.10. Инжекционные полупроводниковые лазеры
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 8 ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
- •8.1. Поверхностные энергетические состояния
- •8.2. Зонная диаграмма и заряд в приповерхностном слое
- •8.3. Поверхностная проводимость
- •8.4. Эффект поля. Полевые транзисторы
- •8.5. Влияние состояния поверхности на работу полупроводниковых приборов
- •Контрольные вопросы и задания
- •9.1. Структура и свойства тонких пленок
- •9.2. Контакт металл-диэлектрик. M-Д-M–структура
- •9.3. Туннелирование сквозь тонкую диэлектрическую пленку
- •9.4. Токи надбарьерной инжекции электронов
- •9.5. Токи, ограниченные пространственным зарядом
- •9.6. Прохождение горячих электронов сквозь тонкие металлические пленки
- •9.7. Активные устройства на основе тонкопленочных структур
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 10 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
- •10.1. Ограничения интегральной электроники
- •10.2. Функциональная электроника
- •10.3. Системы пониженной размерности. Наноэлектроника
- •10.4. Квантовые одно- и двумерные структуры
- •10.5. Квантовые точки. Одноэлектроника
- •Контрольные вопросы и задания
- •Заключение
- •Приложения
- •П.1. Фундаментальные физические постоянные
- •П.2. Свойства полупроводников
- •П.3. Некоторые единицы системы СИ
- •П.4. Внесистемные единицы, допускаемые к применению
- •П.5. Плотность некоторых твердых тел
- •Библиографический список
- •АЛФАВИТНО-Предметный указатель
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
ная конструкция представляет собой вертикальный управляемый прибор на одной временной точке.
Из анализа ВАХ прибора следует, что при отсутствии напряжения на затворе структура ведет себя как резонансный туннельный диод, а при подаче потенциала на затвор – как управляемый прибор.
Большие перспективы имеют приборы на основе массивов точек. Следует отметить, что если разработчик современных электронных
схем оперирует такими категориями, как принципиальная схема, топологические чертежи, монтажная схема, то разработчик квантовых приборов интересуется заданной функцией прибора. Конструирование сводится к объеднению ряда слоев материалов с необходимыми характеристиками, замене гальванических связей на полевые в процессе интеграции элементов.
Еще одна замечательная особенность квантовых приборов в том, что их архитектура не предусматривает межсоединений. Приборы на квантовых точечных структурах дают возможность располагать их так, что возможно туннелирование от одной квантовой точки к другой.
Такие точки размещаются на расстоянии порядка микрометра друг от друга, и каждая из них может иметь как минимум два состояния. Эти состояния определяются наличием электронов. Движение электронов можно переключать в любом направлении между этими потенциальными ямами, создавая режимы для туннельного резонанса. Возникает зарядовая связь – кулоновское взаимодействие электронов между соседними точками. Созданные таким путем матрицы могут выполнять логические функции, при этом отказы и сбои исключаются.
Контрольные вопросы и задания
1.1.В чем заключается основная тенденция электроники?
1.2.Как реализуются задачи электроники?
1.3.Какова тенденция микроминиатюризации?
1.4.Перечислите физические ограничения микроэлектроники.
1.5.В чем заключается «эффект просачивания»?
1.6.В чем проявляется действие сильных полей?
1.7.Насколько близка современная микроэлектроника к физическому барьеру?
1.8.Охарактеризуйте технологические проблемы микроэлектроники.
279
1.9.Возможно ли снять технологические ограничения? Если да, то каким образом?
2.1.Дайте определение функциональной электроники.
2.2.Дайте определение динамической неоднородности. Приведите примеры.
2.3.Дайте определение континуальной среды. Приведите примеры.
2.4.Приведите основные характеристики оптоэлектроники.
2.5.Приведите основные характеристики акустоэлектроники.
2.6.Назовите преимущества функциональной электроники.
3.1.Какое направление называют наноэлектроникой?
3.2.Укажите отличия и сходства микро- и наноэлектроники.
3.3.Приведите характеристики двумерной структуры.
3.4.Приведите характеристики одномерной структуры.
3.5.Что такое квантовая точка?
3.6.Оцените размеры 2D-структуры.
3.7.Оцените размеры 1D-структуры.
3.8.Оцените размеры 0D-структуры.
3.9.В чем состоит разница движения электрона в 3D-, 2D-, 1Dструктурах?
3.10.В чем заключается суть направлений «сверху вниз», «снизу вверх» в методах формирования структуры?
3.11.Как сформировать 2D-структуру?
3.12.Опишите работу туннельного микроскопа.
3.13.Опишите работу нанотехнологической установки.
4.1.Охарактеризуйте транспорт в 1D-структуре.
4.2.Какой режим называют баллистическим?
4.3.Какой режим называют квазибаллистическим?
4.4.От каких факторов зависит кондактанс в идеальной 1D-структуре?
4.5.От каких факторов зависит кондактанс в реальной структуре?
4.6.В чем заключается эффект Ааронова-Бома?
4.7.Определите разность фаз Ааронова-Бома, если U = 1 В, t = 2 мкс.
4.8.Определите разность фаз Ааронова-Бома, если B = 1 мТл, S = 0,1 мкм.
4.9.Где можно использовать эффект Ааронова-Бома?
4.10.Опишите работу туннельного резонансного диода на 2Dструктуре.
4.11.Опишите работу ЗУ на 2D-структуре.
5.1. Дайте определение одноэлектроники.
280
5.2.Каковы преимущества одноэлектроники.
5.3.Опишите модель квантовой точки.
5.4.Что называют кулоновской блокадой?
5.5.Определите частоту туннельных осцилляций, если ток через переход 0,1 нА.
5.6.Чем привлекательны многобарьерные системы?
5.7.Как работает вертикальный нульмерный транзистор?
5.8.Приведите классификацию конструкций одноэлектронных приборов.
5.9.В чем преимущество полевых связей над гальваническими?
281