Проблемы микро- и наноэлектроники. Наноструктуры (квантовые точки, квантовые проволки, пленки)

Одной из важнейших технологических задач является создание и исследование наноструктур с контролируемыми размерами и заданными свойствами. Решение данной проблемы приведет к революционным изменениям в наноэлетронике, наномеханике и других областях.

Сложности при переходе от микро- к наноэлектронике связаны не только с умньшением размеров элементов, но и с необходимостью достижения высокой точнсти в изготовлении этих элементов, воспроизводимости технологических процессов.

В наноэлетронике ключевую роль в приборах уже не играют концентрация и подвижность носителей, а важную роль играют параметры: длина волны электрона, длина фазовой когерентности, длина свободного пробега. В наноэлектронике для осуществлении переключения будет достаточно 1-го электрона и небольшое электрическое поле, чем в микроэлектронике, где для переключения прибора из одного состояния в другое требуется прохождение тока из ≈ 1 млн электронов.

Квантовая точка - фрагмент проводника или полупроводника, носители заряда которого ограничены в пространстве по всем трем измерениям.

В широком смысле вантовые точки это:

Квантовые точки представляют собой изолированные наноразмерные объекты, свойства которых отличаются от свойств объемного материала такого же состава. КТ являются квазинуль-мерными структурами, то есть движение электрона ограничено по всем трем координатам.

Если движение электрона в ТТ ограничено по одной координате(размерность 2D-свободное движение по двум координатам), то такие структуры называются квантовыми ямами, а электронный газ в них можно считать двумерными.

При ограничении движения по двум координатам (размерность 1D-одна координата) структуры называются квантовыми нитями (проволками).

Основные квантовые явления в наноразмерных структурах, относящихся к объектам, физические свйства определяются кванторазмерными эффектами, поскольку характерные физические параметры играют роль – дебролевская длина волны (λ _D)

Если геометрический размер структуры соизмерим или меньше (λ _D), то проявляются эффекты размерного квантовая, возникают дискретные энергетические спектры электронов, причем положение каждого из вантовых уровней зависит от свойств материалов и его геометрических размеров.

От Влада: PDF. Квантовый размерный эффект.

Физические ограничения, определяющие проблемы совершенствования характеристик и параметров полевого транзистора как основного элемента. Ограничение длины канала, толщины подзатворного диэлектрика и другие ограничения.

Полевой транзистор- это трехэлектродный твердотельный прибор, в котором процессы преобразование сигналов осуществляются за счет переноса носителей одного типа (электронов или дырок).

Основные электроды полевого транзистора:

· Исток

· Затвор

· Сток

Существуют 3 типа ПТ:

1) Полевой транзистор с управляющим p-n переходом: используется в качестве низкочастотных дискретных приборов.

2) ПТ с управляющим переходом металл-полупроводник: применяется в быстродействующих цифровых ИМС и СВЧ - устройствах.

3) ПТ с изолированным затвором и структурой металл-диэлктрик-проводник (МДП-транзисторы) – широко используются в интегральных схемах и дискретных приборах, а также в переключающих схемах.

Физические ограничения 3-х типов ПТ:

Все 3 вида различаются между собой структурой и способом управления проводимостью канала.

Отличие заключается не в физических процессах, а в физико-технологической структурном разновидности, реализующую измерения проводимости под влиянием потенциалов на электродах.

В ПТ с затвором ме-п/п или p-n переходами на электрический переход подается обратное U(-U), которое изменяет толщину обратно смещенного перехода. Отсюда следует, что напряжение на затворе, меняя толщину обедненного слоя, изменяет и толщину проводящей части канала, то есть го сопротивление (R) и ток (I) через него.

В МДП - транзисторах канал часто технологически не сформирован => он образуется за счет приложения к затвору определенного U и формирования поперечного к поверхности электрическое поле.

Поэтому в МДП- транзисторах U на металлич. затворе через тонкий слой диэлектрика создает поперечное относительно поверхности электрическое поле в п/п-ке, которое управляет концентрацией носителей в канале.

ПТ в отличие от биполярн. транзисторов имеют большое входн. сопротивление (R_вх) на постоянном токе, которое определяется либо обратно смещенным электрическим переходом, либо тонким слоем диэлектрика.

ОТ ВЛАДА: