Развитие технологии полупроводников. Методы исследования и контроля наноструктур

Цель курса - ознакомление с актуальными вопросами физики конденсированых сред и

Развитие технологии полупроводников

Первые транзисторы и интегральные схемы

Современный транзистор

Закон Мура

«Дорожная карта» для полупроводников

Melting Point of Gold

Melting point - 1064° C

Квантовые эффекты

Мы, возможно не замечая этого, находимся на ранней стадии революции в

Дифракция рентгеновских лучей (электронов, нейтронов) на периодических структурах

2dsinθ = nλ

Закон

Дифракция по Лауэ

Нанотехнология: принципы «сверху-вниз» и «снизу-вверх»

Молекулярно
лучевая эпитаксия

Самосборка
(«пирамидки» со
свойствами квантовых точек)

Перемещение
атомов с помощью

What is nanotechnology?

Nanotechnology involves the manipulation of objects on the atomic

Нейроинпланты
- биологическая
совместимость с
подложкой из
вертикально
ориентированных
нановолокон

(!!)

Предсказания Richard Feynman (1918-1988)

“But I am not afraid to consider the

Moving atoms one at a time…

Нанотехнология: сборка на атомном уровне

Основные принципы нанотехнологии

Предельная миниатюризация,
Распределенная структура,
Принцип построения системы
«снизу-вверх»,
Самоорганизация

Планарная полупроводниковая технология

Предельная миниатюризация

Почему полупроводники?

Проводники: ~1 свободный электрон на 1 атом; плотность 1022 /см3
Полупроводники:

Electrical conductivity in a conductor, semiconductor, and insulator

conductor

insulator

Overlapping filled & empty

(a) A photon with an energy greater than Eg can excite

Легирование полупроводников

E ≈ Eb/ε2
ε ≈ 10

Примесные состояния

Фотолитография

Оптическая литография

I(u) ~ J1(u)/u ; u = (π/ λ)dsin ϕ
sin ϕ1

Электронная литография

nm

Дисперсионные соотношения для частиц

Фотоны: Е = ћω = hν = hc/λ;

Электронная литография

Рентгеновская литография

Intel показала первые 45-нм процессоры 29.11.2006 12:58

Модификация свойств поверхности по принципу «снизу-вверх»

Сканирующие зондовые методы

What is Scanning Tunneling Microscopy?

Allows for the imaging of the surfaces

Сканирующий тунельный микроскоп

STM

Принцип туннельного микроскопа

Вероятность туннелирования электрона -
коэффициент прохождения:

Examples of STM images…

Pt (100) with vacancies
Si (111) 7x7 reconstruction
Annealed decanethiol

Атомно-силовая микроскопия

AFM

Основные принципы нанотехнологии

Предельная миниатюризация,
Распределенная структура,
Принцип построения системы
«снизу-вверх»,
Самоорганизация

Дисплеи - неотъемлемая часть современной информационной эры

Катодные трубки появились более 100 лет назад. Есть ли альтернатива этому

Мечта о плоской телевизионной панели

Мечта о лэптопе

Гибкие дисплеи - электронная бумага

Жидкокристаллические дисплеи Плазменные дисплеи (электролюминисцентные дисплеи) Field - emission display

Анизотропные жидкости

TFT -
thin film
transistor
Комбинация ЖК и активной
матрицы

ЖК дисплей, использующий твист-эффект в

Активная матрица

Углеродные нанотрубки

Области применения

Транзистор на базе углеродной нанотрубки

Самые последние достижения

Графен обладает уникальными физическими свойствами. Из-за
того, что графен представляет собой

Квантовые ямы, проволоки и точки

Примеры:
Углеродные нанотрубки -квантовые нити
Парамагнитные примеси (центры окраски) -
- квантовые точки

1. Роль

Квантовые нити

Квантовые ямы (1)

Квантовые ямы – миниатюрные устройства, которые содержат немного свободных

Квантовые ямы (2)

Так же, как и в атоме, энергетические уровни в

The Energy Levels of Quantum Dots

The Quantum Dot band gap is

Фотонные кристаллы

Definition:
A photonic crystals is a periodic arrangement
of a dielectric material
that exhibits

Examples:

1D: Bragg Reflector 2D: Si pillar crystal 3D: colloidal crystal

Morpho butterfly

n1

n2

n1

n1

n1

n2

n2

Dispersion relation

n1: high index material
n2: low index material

bandgap

frequency ω

wave vector k

0

π/a

standing

Optical fiber:
long distance communication

Полимеры и их применение

Синтетическое волокно

Синтетические каучуки

Кевлар

Кевлар

Кевлар

Одежда для жизни