Магистратура
2019/2020
Приборы на сложных полупроводниковых системах и гетероструктурах
Статус:
Курс по выбору (Материалы. Приборы. Нанотехнологии)
Направление:
11.04.04. Электроника и наноэлектроника
Кто читает:
Департамент электронной инженерии
Когда читается:
1-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения:
без онлайн-курса
Прогр. обучения:
Материалы. Приборы. Нанотехнологии
Язык:
русский
Кредиты:
4
Контактные часы:
48
Программа дисциплины
Аннотация
Курс направлен на развитие у магистрантов профессиональных компетенций и навыков самостоятельной исследовательской работы в области моделирования и исследования устройств на основе сложных полупроводниковых систем и гетероструктур. Рассматриваются следующие основные вопросы: 1. Квантовая механика гетероструктур; 2. Квантовые ямы, проволоки, точки. Плотность состояний. Связанные квантовые ямы; 3. Свехрешетки: энергетические уровни и применения; 4. Специальные структуры и их применения. Углеродные наностуктуры; 5. Спинтроника; 6. Сверхпроводниковые наноструктуры. Оптические волноводы на чипе. На практических занятиях студенты измеряют зависимости сопротивления сверхпроводника от температуры; характеристики оптоволоконных элементов (измерение мощности, измерение полосы пропускания); характеристики высокочастотных электрических цепей. С помощью программных пакетов COMSOL HFSS проводят расчеты и моделирование оптимальных параметров наноструктур с волноводами и расчет антенн. При обучении предусмотрен контроль знаний студентов в виде учета активности студентов в ходе проведения практических занятий и экзамена.
Цель освоения дисциплины
- Целями освоения дисциплины «Приборы на сложных полупроводниковых системах и гетероструктурах » являются развитие у магистрантов профессиональных компетенций и навыков самостоятельной исследовательской работы в области моделирования и исследования устройств на основе сложных полупроводниковых систем и гетероструктур.
Планируемые результаты обучения
- Знает основные понятия квантовой механики.
- Умеет пользоваться своими знаниями для решения фундаментальных и прикладных задач.
- Знает основные понятия теории низкоразмерных полупроводниковых структур.
- Умеет описывать основные квантовые системы.
- Владеет навыками освоения большого объема информации.
- Знает основные направления применения полупроводниковых гетероструктур.
- Умеет делать правильные выводы из сопоставления результатов теории и эксперимента.
- Владеет методикой анализа и использования полупроводниковых гетероструктур.
- Знает основные направления создания специальных гетероструктур на основе новых материалов.
- Умеет использовать полученные знания для описания конкретных схем использования специальных гетероструктур.
- Знает основные сведения о развитии спинтроники.
- Умеет представлять полученные знания о реализации устройств спинтроники в научном докладе
- Знает основные сведения о методах создания и исследования сверхпроводниковых наноструктур.
- Умеет представлять полученные знания о сверхпроводниковых наноструктурах в научных обсуждениях.
Содержание учебной дисциплины
- Тема 1. Квантовая механика гетероструктурПротекание тока в гетероструктурах. Размерное квантование. Гетероструктуры: квазиэлектрическое поле, модулированное легирование, электронное и оптическое ограничение – гетеролазеры. Уменьшение размеров и размерности. Квазидвумерные системы. Сверхрешетки, блоховские осцилляции. Резонансное туннелирование; квантово-классические интегральные схемы. Инженерия электронных состояний и бездиссипативное переключение. Квантовые проволоки и точки (кластеры). Одноэлектроника. Спинтроника. Квантовые ямы, проволоки, точки. Применение гетероструктур.
- Тема 2. Квантовые ямы, проволоки, точки.Плотность состояний. Связанные квантовые ямы и сверхрешетки.
- Тема 3. Свехрешетки: энергетические уровни и применения.Туннелирование на одиночном барьере. Двухбарьерная структура. Резонансно-туннельные диод и транзистор. Полупроводниковые лазеры (общее представление). Светодиоды, параметры и характеристики. ИК-излучатели. Квантово-каскадные лазеры.
- Тема 4. Специальные структуры и их применения. Углеродные наностуктуры.Специальные структуры и их применения: квантово-каскадные лазеры, детекторы, диоды, полевые транзисторы, биполярные транзисторы, диэлектрические волноводы, фотонные решетки, полупроводниковые лазеры, светодиоды и фотодетекторы. Углеродные наноструктуры. Углеродные нанотрубки, фуллерены, графен. Их свойства. Примеры приборов на их основе.
- Тема 5. Спинтроника.Ферромагнитные гетероструктуры. Гигантское магнитосопротивление (ГМС). Механизм ГМС, общее представление. Применение ГМС в магнитной записи информации. Туннельное магнитосопротивление. Спиновый транзистор.
- Тема 6. Сверхпроводниковые наноструктуры. Оптические волноводы на чипе.Основные свойства сверхпроводников. Сверхпроводящие однофотонные детекторы. Сверхпроводниковые болометры на горячих электронах. Применение сверхпроводниковых приборов в линиях связи, в научных исследованиях.
Промежуточная аттестация
- Промежуточная аттестация (2 модуль)0.25 * Практическая работа1 + 0.25 * Практическая работа2 + 0.5 * Экзамен
Список литературы
Рекомендуемая основная литература
- Нанотехнология в электронике : введение в специальность: учеб. пособие для вузов, Лозовский, В. Н., 2008
Рекомендуемая дополнительная литература
- Брандт Н.Б., Кульбачинский В.А. - Квазичастицы в физике конденсированного состояния - Издательство "Физматлит" - 2010 - 632с. - ISBN: 978-5-9221-1209-3 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/59598
- Гантмахер В.Ф. - Электроны в неупорядоченных средах - Издательство "Физматлит" - 2013 - 288с. - ISBN: 978-5-9221-1487-5 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/91178