Tematyka i zagadnienia na egzamin
FIZYCZNE PODSTAWY NANOELEKTRONIKI
Wykładowca: prof. Bogdan Bułka

Wykład 1
Transport elektronowy w metalach i półprzewodnikach

1. Struktura elektronowa metali i półprzewodników
• Tworzenie się pasma elektronowego w łańcuchu atomów
• Krzywa dyspersji dla swobodnych elektronów
• Tworzenie się pasma i przerw wzbronionych
• Struktura elektronowa Si i Ge
• Koncentracja nośników w półprzewodnikach i metalach
• Powierzchnia Fermiego
• Układy o różnych wymiarach: 3D, 2D, 1D i 0D
• Studnia potencjalna
• Struktura elektronowa Cu i powierzchnia Fermiego Cu

Wykład 2
Transport elektronowy w metalach i półprzewodnikach - Kontynuacja wykładu nr 1

2. Domieszkowanie półprzewodników
3. Transport w metalach i półprzewodnikach - transport dysypatywny
   • Teoria Boltzmanna
   • Przewodnictwo metali
   • Przewodnictwo półprzewodników
4. Złącza i heterostruktury półprzewodnikowe
• Złącze p-n, dioda p-n
• Złącze metal-półprzewodnik, bariera Schottky'ego
• 2D gaz elektronowy
• Różne rodzaje złącz półprzewodnik-półprzewodnik
• Dioda Zenera i diody tunelowe (tunelowa nierezonansowa dioda  Esakiego)
  

Wykład 3
Tranzystory, półprzewodnikowe elementy optyczne

1. Klasyfikacja tranzystorów
2. Tranzystor bipolarny
3. Tranzystor unipolarny i MOSFET
4. Działanie tranzystora polowego
5. Kilka przykładów elementów logicznych
6. LED - film
7. Ogniwa fotowoltaiczne - film
8. Laser półprzewodnikowy - film

Wykład 4
Technologia wytwarzania układów scalonych CMOS

1. Wytwarzanie podłoża krzemowego (metoda Czochralskiego)
2. Budowanie warstwy izolatora
3. Różne etapy fotolitografii
4. Budowanie elektrody bramki
5. Implantacja jonów
6. Budowanie elektrod źródła i drenu

Wykład 5
Układy scalone i tranzystory w nanoskali

1. Nieco historii
2. Skala integracji
3. Różne układy scalone i różne typy układów scalonych
4. Co to jest CMOS?
5. Skalowanie i miniaturyzacja
6. Problemy skalowania
7. Nowe rozwiązania wg. prognoz ITRS z 2003 r.
8. Nowe CMOS:
• o ulepszonym transporcie
• udoskonalenia bramki
• SOI MOSFET
• wielobramkowe
• FinFET
• krzem na niczym FET
• FeFET
• tranzystor balistyczny
• i inne

Wykład 6
Niskowymiarowe metale

1. Nieorganiczne metale 1D
2. Organiczne metale, półprzewodniki i nadprzewodniki np. TTF-TCNQ, (TMTSF)2PF6
3. Polimery przewodzące
4. Specyficzne zjawiska fizyczne w metalach 1D:
• przejście Peierlsa
• dimeryzacja
• mięknięcie fononów
• fala gęstości ładunku
• tranzystor CDW-FET
• solitony i polarony
• lokalizacja w 1D

Wykład 7
Kwantowy transport przez nanostruktury

1. Tunelowanie przez barierę
2. Tunelowa dioda rezonansowa
3. Dioda tunelowa Esaki (rezonansowa)
4. Pamięć TSRAM i układy logiczne MOBILE

Wykład 8
Transport balistyczny, transport koherentny

1. Transport dyfuzyjny
2. Formuła Landauera dla balistycznego transportu
3. Kwantowanie przewodności
4. Efekty interferencyjne w nanostrukturach
• rezonans Fano
• miraż kwantowy
• efekt Aharonova-Bohma

Wykład 9
Elektroniczne elementy z kwantowym transportem koherentnym

1. Jeszcze raz formuła Landauera - przypadek wielokanałowy
2. Balistyczny tranzystor - szczegółowa analiza
3. Falowody balistyczne
4. Trój-elektrodowa dioda i tranzystor balistyczny
5. Cztero-elektrodowy prostownik balistyczny
6. Sprzężone falowody balistyczne

Wykład 10
Tranzystor jednoelektronowy

1. Kropka kwantowa
2. Jednoelektronowe pudło
3. Jednoelektronowy tranzystor (SET)
• ortodoksyjna teoria tunelowania jednoelektronowego
4. Cechy praktyczne SET
5. Technologia krzemowa SET-CMOS
6. Zastosowania SET:
• elektrometr
• pamięci i bramki logiczne
• głowica odczytu
• kwantowy automat komórkowy
• układy sprzężone ładunkowo

Wykład 11
Molekularna elektronika

1. Struktura elektronowa molekuł (nieco chemii)
2. Samoorganizacja molekuł
3. Miękka fotolitografia
4. Techniki pomiarowe przepływu prądu przez pojedyncze molekuły:
• łamane złącze
• nanopory
• STM
5. Wybrane projekty molekularnych elementów elektronicznych:
• druty
• przełączniki
• wahadłowiec
• QCA
• ...

Wykład 12
Nanorurki węglowe

1. Struktura elektronowa grafitu, geometria nanorurek węglowych i ich struktura elektronowa
2. Morfologia nanorurek i ich wytwarzanie
3. Przykłady elementów elektronicznych z nanorurek:
• tranzystor polowy
• zintegrowane układy (inwerter)