ISBN 978-5-7782-1288-6
Рассматриваются вопросы, связанные с новыми тенденциями развития кремниевой наноэлектроники, увеличением чувствительности
нанопроволочных химических и биологических сенсоров, созданием
ПЗС-фотоматриц высокой плотности и чувствительности и их применение в цифровой фото- и видеоаппаратуре. <...> Приведены основные сведения об особенностях энергетического
спектра и транспорта носителей заряда в одномерных системах (квантовых проводниках) и углеродных нанотрубках. <...> Кратко изложены термины, принципы, достижения и перспективы
в таких быстро развивающихся областях, как магнитоэлектроника
(спинтроника) и фотонные кристаллы. <...> Этим, а также
другим вопросам, связанным с новыми тенденциями развития кремниевой наноэлектроники, посвящена глава 1. <...> Или, иначе говоря, значительное увеличение чувствительности нанопроволочного химического
или биологического сенсора до возможности обнаружения единичных
молекул или вирусов (глава 3). <...> В настоящее время это углеродные нанотрубки (глава 5). <...> С помощью подачи
положительного напряжения на затвор создается инверсионный (электронный) канал проводимости, сила тока через который управляется
затворным напряжением и напряжением между истоком и стоком. <...> Для
канала n-типа
µn
=
fT
(Vg − Vth ) ,
2πλ к2
где μ n – подвижность электронов в канале; λ к – длина канала; V g , V th –
затворное и пороговое напряжения. <...> Изменение минимального характерного размера канала
МДПТ в зависимости от года выпуска (Intel). <...> Необходимо далее отметить, что каждый шаг в сторону уменьшения размеров канала и соответственно остальных составляющих транзистора требует новых конструктивных и технологических решений
для предотвращения возникающих при этом деградаций определенных
характеристик МДПТ. <...> Кроме того, было показано, что при достижении размеров канала
менее 20–30 нм паразитные сопротивления и емкость МДПТ
начнут превышать емкость и сопротивление канала (рис. <...> Использование напряженного кремния <...>
Наноструктуры._Физика,_технология,_применение.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
В.П. ДРАГУНОВ, И.Г. НЕИЗВЕСТНЫЙ
НАНОСТРУКТУРЫ
ФИЗИКА, ТЕХНОЛОГИЯ,
ПРИМЕНЕНИЕ
Утверждено
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
2-е издание
НОВОСИБИРСК
2010
Стр.1
УДК 539.22
Д 721
Рецензенты: д-р физ.-мат. наук, профессор О.В. Кибис,
д-р физ.-мат. наук, профессор В.Н. Шумский
Работа подготовлена на кафедре ПП и МЭ
Драгунов В.П.
Д 721 Наноструктуры : физика, технология, применение : учеб. пособие
/ В.П. Драгунов, И.Г. Неизвестный. – 2-е изд. – Новосибирск
: Изд-во НГТУ, 2010. – 356 с.
ISBN 978-5-7782-1288-6
Рассматриваются вопросы, связанные с новыми тенденциями развития
кремниевой наноэлектроники, увеличением чувствительности
нанопроволочных химических и биологических сенсоров, созданием
ПЗС-фотоматриц высокой плотности и чувствительности и их применение
в цифровой фото- и видеоаппаратуре.
Приведены основные сведения об особенностях энергетического
спектра и транспорта носителей заряда в одномерных системах (квантовых
проводниках) и углеродных нанотрубках.
Кратко изложены термины, принципы, достижения и перспективы
в таких быстро развивающихся областях, как магнитоэлектроника
(спинтроника) и фотонные кристаллы.
Пособие предназначено для студентов старших курсов и аспирантов,
специализирующихся в области полупроводниковой нанотехнологии,
микро- и наноэлектроники.
УДК 539.22
ISBN 978-5-7782-1288-6
© Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., 2010
© Новосибирский государственный
технический университет, 2010
2
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .................................................................................................
Глава 1. Новая парадигма в тенденциях развития кремниевой наноэлектроники
.................................................................................
Введение .............................................................................................
1.1. Увеличение быстродействия за счёт уменьшения длины канала
.................................................................................................
1.2. Использование напряжённого кремния в МДП-транзисторах
и КМОП структурах .................................................................
1.2.1. Механические напряжения в полупроводниках ................
1.2.2. Способы введения напряжений в область канала МДПТ .
1.2.2.1. Деформация, вводимая подложкой ............................
1.2.2.2. Деформации, вводимые в область канала транзистора
с помощью технологических процессов ..............
1.2.3. Влияние относительной ориентации поверхности подложки
направления тянущего поля в канале и направления
напряжения .....................................................................
1.3. Проблема металла при формировании затвора ........................
Заключение .........................................................................................
353
3
7
7
9
14
15
23
23
25
30
32
37
Стр.356
Список литературы ........................................................................................
Глава 2. Фотоприемники на основе структур металл–диэлектрик–
полупроводник – приборов с зарядовой связью ....................
2.1. Физические основы работы ПЗС-структур .................................
2.1.1. Неравновесное обеднение полупроводника в МДП
структуре ..........................................................................
2.1.2. Устройство и принцип работы ПЗС ................................
2.2. Обработка сигнала на многоэлементном ПЗС (Линейка, Матрица)
............................................................................................
2.3. Шумы приборов с зарядовой связью .........................................
2.4. Приёмники излучения на основе приборов с зарядовой инжекцией
......................................................................................
2.5. Получение цветного изображения ............................................
2.6. Приборы, отображающие оптическую информацию ..............
2.6.1. Электролюминесцентные дисплеи .................................
2.6.2. Материалы для цветных дисплеев .................................
2.6.3. Конструкция многоцветных дисплеев ...........................
2.6.4. Жидкокристаллические дисплеи ....................................
2.6.5. Плазменные дисплеи .......................................................
Список литературы ........................................................................................
Глава 3. Полупроводниковые нанопроволочные сенсоры ..................
3.1. Общие проблемы химических и биологических сенсоров .....
3.2. Физические принципы работы химических и биосенсоров ...
3.3. Методы получения нанопроволок .............................................
3.4. Химические нанопроволочные сенсоры ...................................
3.5. Нанобиосенсоры .........................................................................
3.6. Снабжение энергией автономных наносенсорных беспроволочных
приборов и «нанобиороботов» .....................................
3.7. Заключение ..................................................................................
Список литературы ........................................................................................
Глава 4. Особенности транспорта электронов в 1D-системах .............
4.1. Кондактанс идеального квантового проводника в баллистическом
режиме ............................................................................
4.2. Баллистическая проводимость квантовых проводов при конечных
температурах .................................................................
354
40
43
44
44
47
59
63
65
71
78
79
82
84
86
91
94
95
97
102
106
108
119
123
127
131
140
Стр.357
4.3. Квантовая проводимость с учетом разогрева носителей заряда
в продольном электрическом поле ......................................
4.6. Электропроводность квантовых проволок в диффузионном
режиме ........................................................................................
4.7. Влияние флуктуаций толщины полупроводниковой квантовой
проволоки на ее статическую электропроводность .........
4.8. Влияние магнитного поля на проводимость КП в диффузионном
режиме .............................................................................
4.9. Плотность состояний в квантовом проводе с уширенными
энергетическими уровнями ........................................................
Список литературы .......................................................................................
Глава 5. Нанотрубки ....................................................................................
5.1. Структура углеродных нанотрубок ...........................................
5.2. Электронные свойства углеродных нанотрубок .......................
5.3. Механические свойства углеродных нанотрубок ....................
5.4. Фононный спектр углеродных нанотрубок ...............................
Список литературы .......................................................................................
Глава 6. Магнитоэлектроника ...................................................................
6.1. Гигантское магнетосопротивление ...........................................
6.1.1. Гигантское магнетосопротивление в мультислойных
структурах первого типа .......................................................
6.1.2. Гигантское магнетосопротивление в мультислоях второго
и третьего типа ......................................................................
6.1.3. Магнитные туннельные структуры ......................................
6.2. Колоссальное магнетосопротивление в магнитных полупроводниках
.....................................................................................
6.3. Гигантский магнитоэлектрический эффект в мультиферроиках
...............................................................................................
6.4. Основные направления развития магнитоэлектроники ............
Список литературы ........................................................................................
Глава 7. Фотонные кристаллы ...................................................................
7.1. Общие положения .......................................................................
7.2. Одномерные фотонные кристаллы ...........................................
355
142
4.4. Интерференционный транзистор на основе одномодового КП 145
4.5. Особенности измерения кондактанса КП в баллистическом
режиме многоконтактным методом ..........................................
149
154
156
161
170
176
181
183
192
203
220
225
231
233
238
247
253
257
262
271
277
283
283
286
Стр.358
7.3. Одномерные квазипериодические фотонные кристаллы ..........
7.4. Особенности плотности состояний одномерного разупорядоченного
фотонного кристалла ..............................................
7.5. Фотонно-кристаллические свойства магнитогиротропных
сред ..............................................................................................
7.6. Двух- и трехмерные фотонные кристаллы ................................
7.7. Фотонные кристаллы на основе опала .......................................
7.8. Оптические свойства нанокомпозитов на основе пористого
кремния .......................................................................................
7.8.1. Формирование пористого кремния .......................................
7.8.2. Двулучепреломление и дисперсия оптических параметров
ПК ...........................................................................................
7.8.3. Двулучепреломление окисленного ПК ...............................
7.8.4. Одномерные фотонно-кристаллические структуры на основе
ПК ..................................................................................
7.8.5. Двух- и трехмерные фотонно-кристаллические структуры
на основе ПК ..........................................................................
Список литературы ........................................................................................
290
296
306
313
317
324
325
327
332
334
338
347
356
Стр.359