Приборы на сложных полупроводниковых системах и гетероструктурах

Магистратура 2020/2021

Лучший по критерию «Полезность курса для Вашей будущей карьеры»

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Статус: Курс обязательный (Материалы. Приборы. Нанотехнологии)

Направление: 11.04.04. Электроника и наноэлектроника

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 1-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Гольцман Григорий Наумович, Чулкова Галина Меркурьевна

Прогр. обучения: Материалы. Приборы. Нанотехнологии

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 48

Полная версия программы учебной 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 гетероструктур
Протекание 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.

Элементы контроля

Практическая работа1
Дистанционный формат со 2-го модуля.
Экзамен
Преподаватель вправе освободить от прохождения экзамена студентов, с выставлением им во время сессии оценки по промежуточной аттестации, соответствующей накопленной оценке без учёта веса экзамена (то есть сумма весов всех элементов контроля, за исключением экзамена, приравнивается к единице). Преподаватель объявляет свое решение не позднее, чем на последнем занятии до экзамена. Для объявления оценок могут быть использованы официальные каналы передачи информации, используемые в процессе обучения. По желанию студентов, они могут отказаться от выставления оценки без проведения экзамена и сдать его, о чем сообщают преподавателю не позднее последнего занятия. Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса) по ссылке https://meet.google.com/lookup/hcjsbw3dot. К экзамену необходимо подключиться согласно расписанию или по предварительной договоренности с преподавателем. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка платформы. Для участия в экзамене студент обязан: поставить на аватар свою фотографию, явиться на экзамен согласно расписанию, при ответе включить камеру и микрофон. Во время экзамена студентам запрещено: выключать камеру, пользоваться конспектами и подсказками. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение связи менее минуты. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение более одной минуты. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи подразумевает использование усложненных заданий.
Практическая работа2
Дистанционный формат со 2-го модуля.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.25 * Практическая работа1 + 0.25 * Практическая работа2 + 0.5 * Экзамен

Программа дисциплины