Введение

Впервые термин «нанотехнология» употребил НориоТанигути в 1974 году. Он назвал этим термином производство изделий размером несколько нанометров.

Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические, технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул или агрегатов молекул, квантовые эффекты.

В практическом аспекте это технологии производства устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и частицами, размеры которых находятся в пределах от 1 до 100 нанометров. Однако, нанотехнология сейчас находится в начальной стадии развития, поскольку основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных результатов позволяет относить её к высоким технологиям.

При работе с такими малыми размерами проявляются квантовые эффекты. Нанотехнология и, в особенности, молекулярная технология - новые области, очень мало исследованные. Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается не намного, зато экономические затраты возрастают экспоненциально. Нанотехнология - следующий логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств. Из выше сказанного можно поставить следующие задачи дипломной работы работы:

 рассмотреть такой класс веществ, как полупроводники,

 определить сущность квантового размерного эффекта в полупроводниках,

 проиллюстрировать квантовый размерный эффект электронов и дырок,

 схематически рассмотреть резонансное туннелирование через квантовую яму с двойным барьером,

 найти связанные решения и соответствующие им собственные значения в случае прямоугольной ямы,

По размерам ям определяется возможность создания наноразмерных структур, позволяющих удерживать электроны,

Определить минимально возможные размеры квантовых приборов.

1. Полупроводники

Полупроводники - класс веществ, занимающий промежуточное положение между веществами, хорошо проводящими электрический ток (проводники, в основном металлы), и веществами, практически не проводящими электрического тока (изоляторы или диэлектрики).

Для полупроводников характерна сильная зависимость их свойств и характеристик от микроскопических количеств содержащихся в них примесей. Изменяя количество примеси в полупроводнике от десятимиллионных долей процента до 0,1 - 1%, можно изменять их проводимость в миллионы раз. Другое важнейшее свойство полупроводников состоит в том, что электрический ток переносится в них не только отрицательными зарядами - электронами, но и равными им по величине положительными зарядами - дырками.

Введение в полупроводник примесей, внешняя электронная оболочка которых содержит меньшее количество электронов, чем в атомах основного вещества, приводит к появлению незаполненных связей, т. е. дырок. Эта вакансия может быть занята электроном из соседней связи, и дырка получает возможность свободного перемещения по кристаллу. Иными словами, движение дырки - это последовательный переход электронов из одной соседней связи в другую. Такие примеси, «принимающие» электрон, называют акцепторными. С увеличением количества примесей того или иного типа электропроводность кристалла начинает приобретать все более ярко выраженный электронный или дырочный характер. В соответствии с первыми буквами латинских слов negativ и positiv электронную электропроводность называют электропроводностью n-типа, а дырочную - р-типа, отмечая этим, какой тип подвижных носителей заряда для данного полупроводника является основным, а какой - неосновным.

Следующее важное свойство полупроводников - их сильная чувствительность к температуре и облучению. С ростом температуры повышается средняя энергия колебания атомов в кристалле, и все большее количество связей будет подвергаться разрыву. Будут появляться все новые и новые пары электронов и дырок. При достаточно высоких температурах собственная (тепловая) проводимость может сравняться с примесной или даже значительно превзойти ее. Чем выше концентрация примесей, тем при более высоких температурах будет наступать этот эффект.

Наряду с полупроводниковыми материалами из германия и кремния все более широкое распространение начинают получать сложные соединения элементов III и V, II и IV, II и VI групп периодической системы, обладающие полупроводниковыми свойствами. Здесь следует упомянуть, например, соединения галлия и мышьяка (арсенид галлия), галлия и фосфора, кадмия, ртути и теллура и т. п. В качестве примесей используют бор, фосфор, индий, мышьяк, сурьму и многие другие элементы, сообщающие полупроводникам необходимые свойства. Типичные значения вводимых в полупроводник примесей заключены между десятыми и стотысячными долями процента.

Получение полупроводниковых кристаллов с правильной кристаллической решеткой (монокристаллов) и заданным содержанием и распределением строго контролируемых примесей представляет собой сложнейший технологический процесс, проводимый в особо чистых условиях с использованием оборудования высокой точности и сложности. Все описанные выше процессы могут быть объяснены также с помощью зонной теории.