Учреждение образования
«Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
УТВЕРЖДАЮ
проректор по учебной работе и менеджменту качества
___________________E. Н.Живицкая «____» ____________________2016 г.
Программа государственного экзамена
по специальности 1 - 41 01 03 «Квантовые информационные системы»
Минск 2016
Программа составлена на основании учебного плана специальности 1 - 41 01 03 регистрационный № 09.04.27/837 (дн) от 01.01.2001 г. , типовых учебных программ дисциплин: «Физика низкоразмерных систем», регистрационный № ТД-I.319/тип., утвержденной 03.03.2010 г., «Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем», регистрационный № ТД-1.228/тип., утвержденной 20.10.2009г. и рабочей учебной программы «Нанотехнологии и наноматериалы в электронике», регистрационный № УД-4.-27-209/р, утвержденной 13.06.2011г.,
Составители:
П. доцент кафедры микро - и наноэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», к. т.н, доцент;
Короткевич Александр Васильевич, декан факультета радиотехники и электроники БГУИР, доцент кафедры микро - и наноэлектроники, к. т.н.;
С., профессор кафедры микро - наноэлектроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», к. т.н. профессор;
Программа рассмотрена и рекомендована к утверждению кафедрой микро - и наноэлектроники
протокол № 3 от 01.01.2001 г.
Заведующий кафедрой В. Е. Борисенко
Одобрена и рекомендована к утверждению Советом факультета радиотехники и электроники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
протокол № 3 от 01.01.2001 г.
В. Короткевич
СОГЛАСОВАНО
Начальник ОМОУП Д. А. Фецкович
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
1. Цель государственного экзамена.
Государственный экзамен проводится с целью определения теоретической и практической готовности выпускника к выполнению социально-профессиональных задач в соответствии с образовательной программой высшего образования 1 ступени по специальности 1 - 41 01 03 «Квантовые информационные системы» специализация 1-41 01 03 01 «Наноэлектроника».
Государственный экзамен является формой итоговой аттестации обучающихся, которая установлена образовательным стандартом Республики Беларусь, утвержденным Министерством образования Республики Беларусь.
2. Список дисциплин, вынесенных на государственный экзамен.
На государственный экзамен вынесены следующие дисциплины:
1. Нанотехнологии и наноматериалы в электронике.
2. Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем.
3. Физика низкоразмерных систем.
3. Список вопросов
3.1. По дисциплине «Нанотехнологии и наноматериалы в электронике»
1. Основные единицы изменения геометрических размеров в международной системе Си. Определение приставки нано. Примеры объектов неживого и живого миров с различными размерами от 0.1 нм до нескольких сотен световых лет. Размеры объектов наноэлектроники и микроэлектроники. Примеры объектов нано и микроэлектроники.
2. Три основных типа нанотехнологий. Суть этих методов и примеры. Достоинства и недостатки.
3. Возможности и ограничения оптической литографии. Рентгеновская литография. Электронно-лучевая и ионно-лучевая литографии.
4. Литографические методы получения рисунка с нанометровым разрешением. Нанопечать. Перьевая нанолитография. Зондовые методы литографии
5. Структурные типы кремния. Определение пористого кремния. Классификация пористого кремния. Основные макроскопические характеристики ПК. Кинетика роста мезопористого кремния на сильнолегированном кремнии электронного типа проводимости.
6. Получение пористого кремния методом электрохимического анодирования. Конструкция устройства для анодирования. Составы электролитов для анодирования и режимы анодирования. Первичные и вторичные химические реакции, происходящие при анодировании кремния во фтористоводородной кислоте.
7. Основные микроскопические параметры пористого кремния. Зависимости пористости, диаметра и плотности пор мезопористого кремния от режимов анодирования сильнолегированного кремния электронного типа проводимости.
8. Получение слоев мезопористого кремния с различной пористостью. Получение многослойных пленок мезопористого кремния с различной пористостью. Получение свободных пленок мезопористого кремния. Получение мембран из пористого кремния
9. Особенности фотолюминесценции пористого кремния трех структурны типов.
10. Структура и основные микроскопические параметры пористого оксида алюминия. Параметры ячеек и пор пористого оксида алюминия и их зависимость от состава электролита и напряжения формовки. Перестройка структуры каналов пор при увеличении или уменьшении напряжения формовки
11. Механизм формирования пористого оксида алюминия при анодировании. Условия формирования беспористого плотного оксида алюминия.
Получение высокоупорядоченных пористых оксидов алюминия.
Формирование свободных мембран из пористого оксида алюминия
12. Природные и искусственные формы соединений атомов углерода. Определение углеродных нанотрубок. Мысленное получение углеродных нанотрубок из графена. Классификация углеродных нанотрубок. Понятие хиральности. Основные характеристики УНТ
13. Основные методы получения углеродных нанотрубок (УНТ). Получение УНТ методом испарения углерода в дуговом разряде. Получение УНТ методом лазерной абляции. Получение УНТ методом каталитического химического осаждения из парогазовой смеси углеродсодержащих газов (CVD)
14. Конструкция и принцип работы атомного туннельного микроскопа. Сравнение различных методов анализа морфологии поверхности твердых тел.
15. Конструкция и принцип работы сканирующего зондового микроскопа.
16. Конструкции консольных балок и зондов сканирующих зондовых микроскопов.
17. Конструкции зондов для проведения различных типов анализа состояния поверхности твердых тел.
18. Применение сканирующих микроскопов для создания наноструктур. Локальное окисление поверхности полупроводников и металлов и локальное осаждение металлов с помощью сканирующего зондового микроскопа.
19. Методы получения графена, основанные на механическом расслоении графита.
20. Методы получения графена из углеродсодержащих газов.
21. Определение графена, его основные параметры, свойства и области применения.
22. Использование пористого кремния как темплэйта (подложки) для формирования нанокомпозитных материалов метал/кремний. Их свойства и области применения.
23. Использование пористого анодного оксида алюминия как подложки для формирования нанокомпозитных материалов. Их свойства и области применения.
24. Пористые и нанотрубчатые оксиды тугоплавких металлов. Особенности формирования. Основные физико-химические свойства. Примеры применения.
25. Использование пористого кремния как темплэйта (пористой подложки) для формирования нанокомпозитных материалов на основе осаждения полупроводниковых соединений в каналы пор. Их свойства и области применения.
3.2. По дисциплине
«Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем»
1. Сравнительный анализ геометрических и электрических характеристик мощных МОП транзисторов с двойной диффузией (ГДМОП и ВДМОП) и транзисторов с V-канавкой.
2. Особенности проектирования КМОП структур.
3. Зависимость параметров МОП транзисторов от температуры.
4. Расчет величин пороговых напряжений Uпор МОП транзистора.
5. Полевые транзисторы с затором Шоттки (ПТШ). Принцип действия, пороговое напряжение, статические вольтамперные характеристики. Сравнительный анализ электрических характеристик полевых транзисторов с управляющим p-n переходом и с затвором Шоттки.
6. Эффекты короткого канала в МОП транзисторе. Критерии короткоканальности.
7. Величина порогового напряжения Uпор МОП - транзистора и пути его регулирования.
8. Физическая эквивалентная схема и частотные свойства МОП - транзистора.
9. Статические вольтамперные характеристики и дифференциальные параметры МОП - транзистора.
10. Пробой МОП транзистора: сквозное обеднение, лавинный пробой электронно-дырочного перехода сток-подложка.
11. Варикап (варактор): принцип действия, основные параметры, частотные свойства.
12. Диод Шоттки: принцип действия, вольтамперные хаакеристики, области применения.
13. Полевые транзисторы, общие сведения: канальные и МДП транзисторы, нормально открытые и нормально закрытые, работающие в режиме обеднения и обогащения, реализация транзисторного эффекта в канальных и МОП транзисторах.
14. Структуры мощных биполярных транзисторов (n+-p - n+ и n+ - p - n - - n+ ). Сравнительный анализ их электрических характеристик.
15. Методы увеличения коэффициента усиления по току в мощных биполярных транзисторах (гетеропереход эмиттер-база, схема Дарлингтона)
16. Образование электронно-дырочного перехода. Высота потенциального барьера и контактная разность потенциалов. Зависимость их величин от температуры, концентрации легирующих примесей и ширины запрещенной зоны.
17. Барьерная и диффузионная емкости электронно-дырочного перехода.
18. Электронно-дырочный переход при нарушение теплового равновесия. Прямое и обратное смещения перехода.
19. Эффекты высокого уровня инжекции в электронно-дырочном переходе: появление электрического поля в базе, модуляция сопротивления базы, учет падения напряжения на сопротивлении базы.
20. Генерация и рекомбинация носителей в электронно-дырочном переходе.
21. Переходные процессы в электронно-дырочном переходе при большом уровне инжекции в режиме генератора напряжения. Время восстановления обратного сопротивления (тока) p-n перехода τвосст.
22. Биполярные транзисторы. Общие сведения: схемы включения, режимы работы.
23. Биполярные транзисторы. Модель Эберса-Молла.
24. Частотные свойства биполярного транзистора.
25. Пробой биполярного транзистора: смыкание эмиттерного и коллекторного p-n переходов, лавинный пробой коллекторного p-n переход.
3. 3. По дисциплине «Физика низкоразмерных систем»
1. Низкоразмерные структуры: определение, классификация, примеры.
2. Характеристика основных квантовых эффектов.
3. Отражение и прохождение частицы через потенциальный барьер конечной ширины.
4. Использование Т-матриц для расчета коэффициента прохождения частицы через потенциальный барьер.
5. Расчет дельта-барьера с помощью Т-матриц.
6. Зависимость коэффициента передачи двухбарьерной квантовой структуры от энергии.
7. Расчет коэффициента прохождения через двухбарьерную квантовую структуру.
8. Плотность электронных состояний в одномерных структурах.
9. Плотность электронных состояний в двухмерных структурах.
10. Плотность электронных состояний в трехмерных структурах.
11. Ток через одномерный потенциальный барьер.
12. Ток через двухбарьерную квантовую структуру.
13. Принцип работы резонансно-туннельного диода.
14. Принцип одноэлектронного туннелирования.
15. Принцип работы одноэлектронного транзистора.
16. Квантовый эффект Холла.
17. Баллистическая проводимость.
18. Эффект Аронова-Бома.
19. Гигантское магнитосопротивление.
20. Оптические свойства низкоразмерных структур.
21. Дробный квантовый эффект Холла.
22. Вольтамперные характеристики одноэлектронных транзисторов. Кулоновский «алмаз».
23. Условия наблюдения одноэлектронного туннелирования.
24. Одноэлектронный ящик: условие нахождения n электронов в квантовой точке.
25. Биполярный резонансно-туннельный транзистор.
4. Литература
1. В. Е. Борисенко, А. И. Воробьева, Е. А. Уткина, Наноэлектроника (Бином, Москва, 2009), 223 с.
2. V. E. Borisenko, S. Ossicini, What is What in the Nanoworld. Second, Completely Revised and Enlarged Edition (Wiley-VCH, Weinheim, 2008), 522 p.
3. В. М. Анищик, В. Е. Борисенко, С. А. Жданок, Н. К. Толочко, В. М. Федосюк, Наноматериалы и нанотехнологии (Издательский центр БГУ, Минск, 2008), 375 стр.
4. Элементы интегральных схем. Пер. с англ., М.: Мир, 1989г.
5. С. Элементы интегральных схем. Физические основы. Мн.: БГУИР, 2011г.
6. С. Мощные и СВЧ полупроводниковые приборы. Мн., БГУИР, 2008 г.
7. С. Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем. Ч 1, Расчет и проектирование биполярных транзисторов. Мн., БГУИР, 2011 г.
8. Физика полупроводниковых приборов в 2-х томах. Пер. с англ., М., Мир, 1982г.
9. П. Основы наноэлектроники : учеб. пособие / В. П. Драгунов, И. Г. Неизвестный, В. А. Гридчин. - Новосибирск : Физматкнига ; Логос, 2006. - 494 с.
10. Я., А. Физика квантовых низкоразмерных структур. - М.: Логос, 2000. - 248 с.
11. Я., Г., Ф. и др. Физика низкоразмерных систем. - М.: Наука, 2001.-(Новые разделы физики полупроводников).
12. Оптические свойства наноструктур: Учеб. пособие / Е., Л., А., А. - СПб.: Наука, 2001. - 188 с.
13. J. H. Davies, The Physics of Low-Dimensional Semiconductors: An Introduction (Cambridge University Press, Cambridge, 1998).
14. Борисенко, В. Е. Наноэлектроника : учеб. пособие / В. Е. Борисенко, А. И. Воробьева, Е. А. Уткина. – М. : Бином, 2009.
15. Borisenko, V. E. What is What in the Nanoworld. Second, Completely Revised and Enlarged Edition / V. E. Borisenko, S. Ossicini. – Weinheim : Wiley-VCH, 2008.
16. Гаврилов, С. А. Электрохимические процессы в технологии микро - и наноэлектроники / С. А. Гаврилов, А. Н. Белов. – М. : Высш. образование, 2009.
17. Wolf, E. L. Quantum Nanoelectronics. An Introduction to Electronic Nanotechnology and Quantum Computing / E. L. Wolf. – Weinheim : Wiley-VCH, 2009.
18. Щука, А. А. Наноэлектроника / А. А. Щука. – М. : Физматкнига, 2007.
19. Старостин, В. В. Материалы и методы нанотехнологии / В. В. Старостин. – М. : Бином, 2008.
20. Handbook of Nanotechnology. – 2 ed. – Berlin : Springer, 2007.
21. Драгунов, В. П. Основы наноэлектроники / В. П. Драгунов, И. Г. Неизвестный, В. А. Гридчин. – М. : Логос, 2006.
22. Дьячков, П. Н. Углеродные нанотрубки : строение, свойства, применение / П. Н. Дьячков. – М. : Бином, 2006.
23. Неволин, В. Зондовые нанотехнологии в электронике / В. Неволин. – М. : Техносфера, 2005.
24. Nanoelectronics and Information Technology (Advanced Electronic Materials and Novel Devices). – Aachen : Wiley-VCH, 2003.
25. Нанотехнологии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http:// www. nanotech-now.com.
26. Нанометр: нанотехнологическое сообщество [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www. nanometer. ru.
27. Новости мира нанотехнологий. Нанотехнологии. Инновации. Нано в России, в мире [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http:// www. rus-nano. ru.
28. Сайт о нанотехнологиях в России [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http:// www.nanonewsnet. ru.
Основные порталы (построено редакторами)