«Нанотехнология»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный университет им. »

Физический факультет

Программа утверждена на заседании Учёного совета физического

факультета « » 2008 г.,

протокол №

Декан физического факультета, доц.

_________________

ПРОГРАММА ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА

«Современные проблемы твердотельной наноэлектроники»

МАГИСТРАТУРА

направление 210600 – «Нанотехнология»

магистерская программа 210600.68-06 – «Наноэлектроника»

Н. Новгород, 2008 г.

I. Сканирующая зондовая микроскопия

1.  Методы микроскопического исследования поверхности твердых тел. Сравнительная характеристика.

2.  Устройство и принципы работы сканирующего зондового микроскопа.

3.  Устройство и физические принципы работы сканирующего туннельного микроскопа (СТМ).

4.  Сканирующая туннельная спектроскопия (СТС). Вольт-амперная характеристика туннельного контакта металл-металл, металл-полупроводник, металл-сверхпроводник.

5.  Устройство и физические основы работы атомно-силового микроскопа (АСМ).

6.  Моды атомно-силового микроскопа. Классификация АСМ мод.

7.  Физические принципы работы атомно-силового микроскопа в контактной моде.

8.  Физические принципы работы атомно-силового микроскопа в режиме латеральной силы.

9.  Физические принципы работы атомно-силового микроскопа в режиме Z - модуляции.

10.  Физические принципы работы атомно-силового микроскопа в неконтактной моде. Амплитудо-частотная и фазо-частотная характеристики кантилевера как колебательной системы.

11.  Устройство, принципы работы, конструкции и характеристики сканеров сканирующего зондового микроскопа.

12.  Устройство, принципы работы и применение оптического микроскопа ближнего поля (БСОМ).

13.  Физические основы метода магнитно-силовой микроскопии (MСM).

14.  Применение СЗМ в нанотехнологии. Методы модификация поверхности твердых тел и создания поверхностных нанострукутр при помощи СЗМ.

II. Физика низкоразмерных систем

1.  Энергетический спектр, плотность состояний и статистика электронов в системах пониженной размерности.

2.  Основные типы квантово-размерных гетеронаноструктур. Одиночный гетеропереход, квантовая яма, барьер, сверхрешетки, квантовые проволоки и точки.

3.  Квантовый эффект Холла в двумерном электронном газе.

III. Элементы и приборы наноэлектроники

1.  Основные параметры качества и тенденции развития элементов наноэлектроники.

2.  Полевой и биполярный транзисторы как вентили логических схем. Время задержки при переключении, энергия переключения.

3.  Принципиальные технологические и физические ограничения на параметры транзисторов.

4.  Гетероструктурные полевые транзисторы. Селективное легирование. 2D - электронный газ.

5.  Транзисторы на горячих электронах.

6.  Транзисторы на квантовых эффектах. Резонансно-туннельные диод и транзистор.

7.  Одноэлектроника. Физические основы.

8.  Углеродные нанотрубки. Полевой транзистор на основе углеродных нанотрубок.

9.  Электроника на основе переходов Джозефсона. Максимальное быстродействие.

IV. Материалы и методы нанотехнологии

1.  Методы формирования наноструктур и наноматериалов: молекулярно-лучевая эпитаксия, эпитаксия металлоорганических соединений из газовой фазы,  коллоидные растворы, золь-гель технология, методы молекулярного наслаивания, сверхтонкие пленки металлов и диэлектриков.

2.  Механизмы эпитаксии (Франка-ван-дер-Мерве, Фольмера-Вебера, Сранского-Крастанова).

3.  Методы получения упорядоченных наноструктур: самоорганизация квантовых нитей и квантовых точек при эпитаксиальном росте, преобразование планарных напряженных гетероструктур в трехмерные.

4.  Нанолитография. Экстремальный ультрафиолет. Пучковые методы нанолитографии: электронная, ионная, рентгеновская.

5.  Радиационные методы формирования наноструктур: образование наноструктур при кристаллизации аморфизированных слоев, ионно-лучевой метод формирования полупроводниковых нановключений в диэлектриках, формирование квантовых точек и проволок при ионном синтезе.

6.  Методы зондовой нанотехнологии. Контактное и бесконтактное формирование нанорельефа поверхности подложек.

7.  Локальная глубинная модификация поверхности подложек. Межэлектродный массоперенос с нанометровым разрешением.

8.  Модификация свойств среды в зазоре между туннельным зондом и подложкой.

9.  Электрохимический массоперенос. Массоперенос из газовой фазы.

10.  Локальное анодное окисление.

11.  Атомная структура и микромеханика нанотрубок на подложках.

V. Методы диагностики и анализа микро- и наносистем

1.  Дифракционные методы исследования структуры кристаллов, их сравнительные характеристики.

2.  Экспериментальные дифракционные методы рентгенографии (метод Дебая, метод Лауэ, метод вращения).

3.  Дифракция электронов на кристаллах. Особенности трактовки геометрии дифракции в свете обратной решетки и сферы отражения. Электронограммы от поликристаллов, их расшифровка и применение.

4.  Режимы работы электронного микроскопа. Объективная линза. Апертура объектива. Темнопольное и светлопольное изображения. Разрешающая способность электронного микроскопа. Аберрации электронных линз и меры борьбы с ними.

5.  Классификация электронно-микроскопических методов исследования. Прямые методы исследования в электронной микроскопии. Их сопоставление, применение и возможности.

6.  Аналитические возможности методов электронной спектроскопии для диагностики состава полупроводниковых структур. Атомно-абсорбционная и атомно-эмиссионная спектроскопия.

7.  Инфракрасная спектроскопия полупроводников. Физические основы диагностики состава полупроводников методами ИК-спектроскопии.

8.  Общая схема электронного Оже-спектрометра.

9.  Общие принципы устройства оптических спектрометров. Характеристики оптических спектрометров.

10.  Растровый электронный микроскоп. Схема. Принцип работы. Контраст в методе растровой электронной микроскопии.

11.  Принципы устройства масс-спектрометров.

12.  Принципы устройства спектрометров заряженных частиц. Основные характеристики спектрометров.

13.  Растровая Оже-микроскопия. Характеристики метода для локального анализа полупроводников.

14.  Спектроскопия фотолюминесценции.

15.  Методы рентгеновской и ультрафиолетовой фотоэмиссионной спектроскопии. Сравнительные характеристики метода РФЭС, УФС и электронной Оже-спектроскопии (ЭОС).

16.  Физические основы методов электронной спектроскопии.

17.  Физические основы спектроскопии электромагнитных излучений; характеристические спектры эмиссии и абсорбции.

18.  Физические основы электронной Оже-спектроскопии. Количественный анализ.

VI. Нанофотоника

1.  Оптические и фотоэлектрические свойства квантово-размерных гетеронаноструктур (КРГНС).

2.  Спонтанное и стимулированное излучение КРГНС. Инжекционные полупроводниковые лазеры на КРГНС.

VII. Спинтроника

1.  Спиновая ориентация носителей в полупроводниках при возбуждении циркулярно-поляризованным светом.

2.  Механизмы спиновой релаксации.

3.  Спиновые инжекция и аккумуляция.

4.  Гигантское магнитосопротивление.

5.  Спиновый клапан.

6.  Спиновый транзистор.

7.  Принцип работы спинового светоизлучающего диода.

Рекомендованная литература

1.  , , Рыков низкоразмерных систем.-СПб.: Наука, 2001.-160 с.

2.  , Вугальтер квантовых низкоразмерных структур.-М.: Логос, 2000.-248 с.

3.  Щука .-М.: Физматкнига, 2007.-464 с.

4.  Нанотехнология в электронике. /Под ред. .-М: Техносфера, 2005.-448 с.

5.  , , Гридчин наноэлектроники: Учеб. пособие.- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000.-332 с.

6.  Нанотехнологии.-М.: Техносфера, 2004.-328 с.

7.  Гусев , наноструктуры, нанотехнологии.-М.: Физматлит, 2005.-416 с.

8.  Нанотехнология в полупроводниковой электронике /Отв. ред. .-Новосибирск: Изд. СО РАН, 2004.-368 с.

9.  Неволин нанотехнологии в электронике. М.: Техносфера, 2005.-152 с.

10.  Миронов сканирующей зондовой микроскопии.-М.: Техносфера, 2004.-144 с.

11.  Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля.-М.: Техносфера, 2004.-384 с.

12.  Углеродные нанотрубы и родственные структуры. Новые материалы XXI века.-М.: Техносфера, 2003.-336 с.

13.  Уайтсайдс Дж., и др. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований.-М.: Мир, 2002.-292 с.

14.  Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника. Мировые достижения за 2005 год. /Сборн. под ред. .-М.: Техносфера, 2006.-152 с.

15.  Ермаков оптоэлектроника.-М.: Техносфера, 2004.-416 с.

16.  Физика быстродействующих транзисторов.-Вильнюс: Мокслас, 1989.-264 с.

17.  Электронная микроскопия тонких кристаллов.-М.: Мир, 1968.-575 с.

18.  Е., , Шалыгин явления в полупроводниковых квантово-размерных структурах.- Изд-во СПбГТУ, 2000.-156 с.