Kniga_16_Fizicheskie_osnovy_nanoinzhenerii-1
.pdf
|
Методические материалы |
213 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
214 |
Физические основы наноинженерии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Методические материалы |
215 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
216 |
Физические основы наноинженерии |
Текст лекции, ее длительность, язык и насыщенность фактами
иаргументами должна учитывать возрастной и социальный состава аудитории. Не рекомендуется писать весь материал лекции дословно. Бывает, что перед самым началом лекции приходится вносить срочные изменения, и сделать их, конечно, легче в конспекте, чем в дословном тексте. При подготовке текста особенное внимание рекомендуется уделять его началу и окончанию. Начало не должно быть слишком затянутым, не надо начинать с общих, всем известных фраз. Необходимо сразу заинтересовать слушателей, задеть, что называется, за «живое», показать связь предмета лекции с реальными, известными из повседневной жизни событиями
иобъектами.
При выступлении необходимо стремиться избегать всяческих канцеляризмов, сорных слов типа «значит», «так сказать» и т. д., жаргонных выражений. Живости, ясности выступления способствуют народные поговорки и пословицы, цитаты из литературных произведений и «крылатые слова» великих людей. Но и здесь необходимо знать меру. Считается, что при получасовом выступлении возможно использование 2–3 цитат и до 5 округленных цифр. Как в случае с подготовкой материалов в печать, текст выступления рекомендуется подготавливать за 2–3 дня, в черновом варианте, а затем снова вернуться к нему.
Психологи отмечают, что внимание аудитории к лектору постепенно начинает снижаться уже через 15 минут после начала лекции. В связи с этим не рекомендуется слишком затягивать свое выступление. Доказано также, что восприятие материала возрастает при комплексности воздействия на органы чувств человека. Поэтому желательно демонстрировать на лекции цветные слайды, видеофильмы, образцы, красочные плакаты и т. п.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Врамках проекта, руководствуясь единой концепцией, создан учебно-методический комплекс материалов по дисциплине «Физические основы наноинженерии». Методические материалы по дисциплине содержат ее нормативную базу, рекомендации по организации и проведению лекций и лабораторных работ, перечень слайдов, типовых плакатов и другие дидактические материалы, необходимые для работы профессорско-преподавательского состава.
Цель дисциплины – изучение физических законов и явлений, на которых основано функционирование элементов современной микроэлектроники, наноэлектроники, изделий микросистемной техники и других объектов наноинженерии.
Задачи дисциплины – формирование научных представлений, умений и навыков по физическим основам наноинженерии.
Воснову учебно-методических материалов по дисциплине «Физические основы наноинженерии» положен курс, читаемый авторами на факультете «Электроника, информатика и управление» в МГТУ им. Н. Э. Баумана (Калужский филиал). В методических материалах приведены теоретические основы и особенности
наноинженерии, рассмотрены основные физические процессы и явления, отражены особенности инструментального и технологического обеспечения, достижения и перспективы ее развития.
Материалы учебно-методического комплекса разработаны с привлечением и в кооперации с НИИСИ РАН, ИРЭ РАН, РНЦ «Курчатовский институт», ФТИАН РАН и другими предприятиями ННС и соответствуют программам по направлению подготовки «Наноинженерия», реализуемым в МГТУ им. Н. Э. Баумана.
Структура и состав учебно-методического обеспечения соответствуют требованиям федеральных законов от 10.07.1992 г. № 3266-1-ФЗ «Об образовании» (с изменениями и дополнениями) и от 22.08.1996 г. № 125-ФЗ «О высшем и послевузовском профессиональном образовании» (с изменениями и дополнениями), а так-
218 |
Физические основы наноинженерии |
же Типового положения об образовательном учреждении высшего профессионального образования (высшем учебном заведении), утвержденного постановлением Правительства РФ от 14 февраля
2008 г. № 71.
Авторы выражают надежду на то, что представленные материалы будут полезны при подготовке к лекциям, семинарским занятиям, лабораторным работам как представителям профессор- ско-преподавательского состава высших учебных заведений, так и студентам, изучающим данную дисциплину.
ЛИТЕРАТУРА
1.Гуртов В. А. Твердотельная электроника. – М. : Техносфера, 2007.
2.Епифанов Г. И., Мома Ю. А. Твердотельная электроника. – М. : Высшая школа, 1986.
3.Ефимов И. Е., Козырь И. Я., Горбунов Ю. И. Микроэлектроника. –
М. : Высшая школа, 1986.
4.Зи С. Физика полупроводниковых приборов. – М. : Мир, 1984.
5.Киселев В. Ф., Козлов С. Н., Зотеев А. В. Основы физики поверхно-
сти твердого тела. – М. : МГУ, 1999.
6.Лозовский В. Н., Константинова Г. С., Лозовский С. В. Нанотехно-
логия в электронике. Введение в специальность. – СПб. : Лань, 2008.
7. Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. – Н. Новгород: Институт физики микроструктур РАН, 2004.
8.Нанотехнологии в электронике / Под редакцией Ю. А. Чаплыгина. – М. : Техносфера, 2005.
9.Новиков Л. С., Воронина Е. Н. Перспективы применения наноматериалов в космической технике. – М. : Университетская книга, 2008.
10.Опадчий Ю. Ф., Глудкин О. П., Гуров А. Л. Аналоговая и цифровая электроника. – М. : Горячая линия–Телеком, 1999.
11.Орешкин П. Т. Физика полупроводников и диэлектриков. – М. : Высшая школа, 1977.
12.Основы радиоэлектроники / Под ред. Г. Д. Петрухина. – М. : МАИ, 1993.
13. Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы. –
СПб. : Лань, 2001.
14.Петров К. С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника. – СПб. : Питер, 2004.
15.Протасов Ю. С., Чувашев С. Н. Твердотельная электроника. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003.
220 |
Физические основы наноинженерии |
16.Степаненко И. П. Основы микроэлектроники. – М. : Лаборатория базовых знаний, 2004.
17.Столяров А. А. Физические основы микроэлектроники. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006.
18.Щука А. На пути перехода от микро- к наноэлектронике (www.chipnews.ru).
19.http://nanometer.ru.
20.http://nt-mdt.ru.
СОДЕРЖАНИЕ |
|
ПРЕДИСЛОВИЕ............................................................................................ |
5 |
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.......................................................................... |
7 |
СПИСОК ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ.......................................................... |
8 |
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................... |
10 |
1. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ........................................................................... |
12 |
1.1. ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................... |
12 |
1.2. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ |
|
И ФИЗИЧЕСКОЙ СТАТИСТИКИ ............................................................ |
15 |
1.2.1. Волновые свойства частиц, уравнение Шредингера............ |
16 |
1.2.2. Соотношения неопределенности Гейзенберга ..................... |
19 |
1.2.3. Потенциальные барьеры для микрочастиц........................... |
20 |
1.2.4. Функция Ферми....................................................................... |
25 |
1.2.5. Фазовая и групповая скорости, фононы................................ |
27 |
1.2.6. Низкоразмерные объекты: квантовая яма, |
|
квантовая нить, квантовая точка............................................ |
28 |
1.3. ЭЛЕМЕНТЫ ЗОННОЙ ТЕОРИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ....................................... |
30 |
1.3.1. Электронный газ в периодическом |
|
потенциальном поле................................................................ |
30 |
1.3.2. Зоны Бриллюэна...................................................................... |
37 |
1.3.3. Эффективная масса электрона............................................... |
40 |
1.3.4. Зонная схема кристаллических тел – проводники, |
|
диэлектрики, полупроводники............................................... |
43 |
1.3.5. Плотность состояний.............................................................. |
46 |
1.4. СТАТИСТИКА ЭЛЕКТРОНОВ И ДЫРОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ ........... |
52 |
1.4.1. Собственные и примесные полупроводники........................ |
52 |
1.4.2. Зависимость концентрации свободных носителей |
|
в полупроводнике от положения уровня Ферми.................. |
56 |
1.4.3. Уровень Ферми и равновесная концентрация |
|
носителей в невырожденных собственных |
|
полупроводниках..................................................................... |
58 |
1.4.4. Положение уровня Ферми и концентрация |
|
носителей в примесных полупроводниках ........................... |
60 |
1.4.5. Неравновесные носители, рекомбинация носителей........... |
64 |
1.4.6. Поверхностная рекомбинация................................................ |
67 |
1.4.7. Уравнение непрерывности..................................................... |
68 |
222 |
Физические основы наноинженерии |
|
1.5. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.............................................. |
70 |
|
1.5.1. Движение электронов под действием |
|
|
|
внешнего поля......................................................................... |
70 |
1.5.2. Зависимость подвижности носителей заряда |
|
|
|
от температуры........................................................................ |
72 |
1.5.3. Электропроводность чистых металлов ................................. |
73 |
|
1.5.4. Электропроводность собственных полупроводников......... |
75 |
|
1.5.5. Электропроводность примесных полупроводников............ |
76 |
|
1.5.6. Диффузионные уравнения...................................................... |
78 |
|
1.6. КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ..................................................................... |
80 |
|
1.6.1. Контакт электронного и дырочного полупроводников....... |
80 |
|
1.6.2. Равновесное состояние р–n-перехода.................................... |
84 |
|
1.6.3. Зонная диаграмма р–n-перехода |
|
|
|
при приложении внешнего поля............................................ |
87 |
1.6.4. ВАХ тонкого р–n-перехода.................................................... |
89 |
|
1.6.5. Барьерная и диффузионная ёмкость р–n-перехода.............. |
94 |
|
1.6.6. Механизмы пробоя р–n-переходов........................................ |
97 |
|
1.6.7. Гетеропереходы....................................................................... |
99 |
|
1.7. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ............................................................ |
101 |
|
1.7.1. Поверхностные состояния.................................................... |
101 |
|
1.7.2. Эффект поля. МДП-структуры............................................ |
102 |
|
1.7.3. Вольт-фарадная характеристика.......................................... |
104 |
|
1.7.4. Полевые транзисторы........................................................... |
108 |
|
1.7.5. Полевые транзисторы с управляющим |
|
|
|
p–n-переходом....................................................................... |
114 |
1.7.6. Механизмы переноса заряда через тонкие |
|
|
|
диэлектрические пленки....................................................... |
117 |
1.8. ТУННЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ |
|
|
|
СВЕРХРЕШЕТКИ................................................................................ |
119 |
1.8.1. Сильнополевая туннельная инжекция................................. |
120 |
|
1.8.2. Туннельный эффект в p–n-переходе, |
|
|
|
образованном вырожденными полупроводниками............ |
122 |
1.8.3. Резонансно-туннельные диоды............................................ |
126 |
|
1.8.4. Полупроводниковые сверхрешетки..................................... |
129 |
|
1.9. |
ОДНОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА, УСТРОЙСТВА |
|
|
МОЛЕКУЛЯРНОЙ И СПИНЭЛЕКТРОНИКИ .......................................... |
132 |
1.9.1. Кулоновская блокада............................................................ |
132 |
|
1.9.2. Одноэлектронный транзистор.............................................. |
136 |
|
1.9.3. Устройства молекулярной электроники.............................. |
139 |
|
1.9.4. Устройства спинэлектроники............................................... |
144 |
|
1.10.УГЛЕРОДНЫЕ НАНОСТРУКТУРЫ...................................................... |
151 |
|
1.10.1.Углеродные нанотрубки....................................................... |
152 |
|
1.10.2.Графен.................................................................................... |
158 |
|
1.10.3.Фуллерены и фуллериты...................................................... |
159 |
|