Наноэлектроника. Элементы, приборы, устройства

Description

В учебном пособии излагаются физические и технологические основы наноэлектроники, в том числе принципы функционирования и характеристики наноэлектронных устройств на базе квантово-размерных структур: резонансно-туннельных, одноэлектронных и спинтронных приборов. Рассматриваются особенности квантовых компьютеров, электронных устройств на сверхпроводниках, а также приборов нанобиоэлектроники. Каждая глава снабжена контрольными вопросами и заданиями для самоподготовки. Для студентов технических вузов, аспирантов, преподавателей и практических специалистов в области электроники. Введение 3 Глава 1. Теоретические основы наноэлектроники 9 1.1. Основные положения квантовой механики, используемые в наноэлектронике 9 1.2. Момент импульса и спин 14 1.3. Магнитный резонанс 17 1.4. Туннельный переход через потенциальный барьер 21 1.5. Квантовые потенциальные ямы 24 1.6. Интерференционные эффекты в наноструктурах 27 1.7. Элементы зонной теории и транспортные явления в наноразмерных структурах 29 1.8. Сверхрешетки 33 1.9. Плотность энергетических состояний в низкоразмерных структурах 37 1.10. Одноэлектроника 43 1.11. Физические основы спинтроники 46 Контрольные вопросы и задания 53 Глава 2. Физические свойства наноструктур и наноструктурированных материалов 54 2.2. Свойства двумерных структур 58 2.3. Свойства одномерных структур и материалов 76 2.4. Свойства углеродных наноструктур 80 2.5. Свойства наночастиц и материалов с наночастицами 92 Контрольные вопросы и задания 96 Глава 3. Технология создания наноматериалов и наноструктур и методы их диагностики 97 3.1. Методы диагностики нанообъектов 97 3.2. Эпитаксиальные методы создания тонких пленок и гетероструктур 104 3.3. Технология создания квантовых точек и нитей 112 3.4. Основные технологические методы создании углеродных наноматериалов 118 3.5. Методы зондового сканирования 122 3.6. Нанолитография 124 Контрольные вопросы и задания 127 Глава 4. Полупроводниковые гомо- и гетероструктуры и приборы на их основе 131 4.1. Электрические гомо- и гетеропереходы 131 4.2. Туннельные диоды 159 4.3. Биполярные транзисторы 168 4.4. Полевые транзисторы 200 Контрольные вопросы и задания 232 Глава 5. Наноэлектронные приборы на основе квантово-размерных структур 234 5.1. Резонансно-туннельные приборы 234 5.2. Одноэлектронные приборы 248 5.3. Спинтронные приборы 260 5.4. Полупроводниковые фотоприборы 268 5.5. Полупроводниковые инжекционные лазеры и светодиоды 290 Контрольные вопросы и задания 316 Глава 6. Базовые логические элементы квантовых компьютеров 318 6.1. Общие сведения о квантовых компьютерах 318 6.2. Базовые элементы полупроводникового кремниевого квантового компьютера на основе ядерно-магнитного резонанса 324 6.3. Базовые элементы для квантовых компьютеров на квантовых точках 331 6.4. Логические элементы квантовых компьютеров на сверхпроводниках 335 Контрольные вопросы и задания 341 Глава 7. Сверхпроводимость и электронные устройства на сверхпроводниках 342 7.1. Основные свойства сверхпроводящего состояния 342 7.2. Сверхпроводники 1-го и 2-го рода 355 7.3. Джозефсоновские переходы и их модели 364 7.4. Аналоговые сверхпроводниковые устройства 374 7.5. Криотроны, логические элементы и элементы памяти на джозефсоновских переходах 383 7.6. Электронные устройства, использующие ВТСП 389 Контрольные вопросы и задания 390 Глава 8. Нанобиоэлектроника 391 8.1. Общие положения и термины 391 8.2. Электропроводные свойства ДНК 394 8.3. Приборы на основе биоэлектроники 396 8.4. Конечный биоавтомат Шапиро 401 Контрольные вопросы и задания 403 Литература 404