ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТСИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра электронных средств автоматизации и управления (ЭСАУ) Тематический. - презентация

1 ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТСИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра электронных средств автоматизации и управления (ЭСАУ) Тематический реферат по дисциплине ГПО - 1 Выполнил: Студент гр.-532 Ахмедов Комилжон

2 Оглавления Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ Глава 2. ОБЪЕМНЫЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Глава 3. ПРИМЕНЕНИЕ КВАНТОВО- РАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР В ПРИБОРАХ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ Глава 4. Наноэлектроника в России

3 Введение Наноэлектроника область электроники, занимающаяся разработкой физических и технологических основ создания интегральных электронных схем с характерными топологическими размерами элементов менее 100 нанометров. Наноэлектроника является новой областью науки и техники, формирующейся сегодня на основе последних достижений физики твердого тела, квантовой электроники, физической химии и технологии полупроводниковой электроники. Ее содержание определяется необходимостью установления фундаментальных закономерностей, определяющих физико-химические особенности формирования наноразмерных структур (структур с размером от единиц до десятков нанометров, 1 нм = м), их электронные и оптические свойства. Исследования в области наноэлектроники важны для разработки новых принципов, а вместе с ними и нового поколения сверхминиатюрных супер быстродействующих систем обработки информации.

4 Основные задачи наноэлектроники разработка физических основ работы активных приборов с нанометровыми размерами, в первую очередь квантовых; разработка физических основ технологических процессов; разработка самих приборов и технологий их изготовления; разработка интегральных схем с нанометровыми технологическими размерами и изделий электроники на основе нано электронной элементной базы.

5 Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ Известно, что основной тенденцией развития всей электроники в целом является миниатюризация, или уменьшение массы и размеров электронных приборов и устройств. Последовательные технологические переходы от электротехнических компонентов – к электронным лампам, от ламп – к транзисторам, от транзисторов – к интегральным схемам позволили создать современные мобильные телефоны, карманные компьютеры, индивидуальные медицинские аппараты и многие другие продукты электроники, прочно вошедшие в жизнь современного человека. В настоящее время увеличение плотности компоновки элементов в составе интегральной схемы возможно только за счет уменьшения их физических размеров.

6 Одноэлектронное туннелирование Известно, что электрический ток в проводнике обусловлен движением электронов относительно неподвижных ионов решетки. Хотя каждый электрон несет дискретный единичный заряд, общий перенесенный ими заряд изменяется не скачкообразно, как можно было бы ожидать, а непрерывно, поскольку этот заряд определяется суммой смещений всех электронов относительно ионов. Свободные электроны в проводнике могут смещаться на сколь угодно малые расстояния. Поэтому суммарный переносимый ими заряд изменяется монотонно с дискретностью меньшей, чем единичный заряд электрона. В структуре, состоящей из двух областей проводника, разделенных тонким диэлектриком, электрический заряд переносится комбинированно – непрерывно в проводнике и дискретно через диэлектрик. Первоначально граница раздела между проводником и диэлектриком электрически нейтральна. При приложении к внешним контактам структуры электрического потенциала начинается непрерывное изменение заряда в проводнике. Оно сопровождается накоплением заряда на границе с диэлектриком. Этот заряд возникает вследствие небольших непрерывных смещений электронов в приграничной области проводника относительно своих равновесных положений. Накопление заряда продолжается до тех пор, пока его величина не окажется достаточной для отрыва и туннелирования через диэлектрик одного электрона. После акта туннелирования система возвращается в первоначальное состояние. При сохранении внешнего приложенного напряжения все повторяется вновь.

7 Глава 2. ОБЪЕМНЫЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Объемные наноструктурированные материалы это твердые тела с наноразмерной микроструктурой. Их основными элементами являются нано масштабные структурные единицы или наночастицы. Эти элементы структуры могут быть paзупорядочены друг по отношению к другу, иначе говоря, их оси симметрии ориентированы случайно, а положение в пространстве не обладает никакой симметрией. Частицы также могут быть и упорядоченными, создавая решетку, обладающую симметрией

8 Глава 3. ПРИМЕНЕНИЕ КВАНТОВО- РАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР В ПРИБОРАХ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ Самым распространенным типом полупроводникового лазера является лазер на двойной гетероструктуре, где активная область представляет собой тонкий слой узкозонного полупроводника между двумя широкозонными. При достаточно малой толщине активной области она начинает вести себя как квантовая яма и квантование энергетического спектра в ней существенно меняет свойства лазеров. Основное влияние на свойства лазеров оказывает изменение плотности состояний, происходящее под влиянием размерного квантования. Если в массивном полупроводнике в непосредственной близости от края зоны эта величина мала, то в квантово-размерной системе она не убывает вблизи края, оставаясь равной m/πh2. Создание лазеров с квантово-размерной активной областью позволило получить непрерывную генерацию при комнатной температуре и в дальнейшем снизить пороговый ток инжекционного лазера до величин порядка 50 А/см 2.

9 Нанокомпьютеры Наноэлектроника в настоящее время вплотную приблизилась к созданию и новых типов вычислительной техники – нано компьютеров. Можно предположить, что нанокомпьютеры будут развиваться одновременно по нескольким направлениям, реализующим различные способы представления информации (на основе квантовой логики, классической логики), а также появятся некоторые другие, например, генетические, молекулярно- биологические, молекулярно- механические. Рассмотрим одно из направлений разработки нано компьютеров, основанное на теории квантовых вычислений с помощью квантовомеханических логических операций. Устройства, построенные на таком типе вычислений, называются квантовыми компьютерами. Квантовый компьютер – вычислительное устройство, использующее при работе квантовомеханические эффекты и реализующее выполнение квантовых алгоритмов. Квантовые компьютеры работают на основе квантовой логики. Идея квантовых вычислений впервые была высказана Ю.И. Маниным в 1980 году, но активно эта проблема стала обсуждаться после появления в 1982 году статьи американского физика-теоретика Р. Фейнмана. В этих работах было предложено использовать для вычислений операции с состояниями квантовой системы. Каждое состояние квантовой системы, в отличие от классической, может находиться в состоянии суперпозиции

10 Как Нанороботы Сделаны Нанотехнологии в целом довольно прост для понимания, но развитие этого универсальную технологию в нанороботов была немного сложнее. На сегодняшний день ученые добились значительного прогресса, но не официально выпущен готовый продукт в терминах нанороботов, которая функционирует на совершенно механической основе. Многие из нанороботов прототипов функционировать достаточно хорошо в некоторых отношениях, но в основном или частично биологическая по своей природе, в то время как конечная цель и квинтэссенцией определение нанороботов, чтобы иметь микроскопический объект, сделанное полностью из электромеханических компонентов.В самом деле, исследователи предполагают, что из- за сложной природы их строительства,нанороботы будут только полностью выйти после нескольких поколений частично биологических предшественников нанороботов были построены для того, чтобы их

11 Нанороботы, по существу, адаптированный машина версия бактерий. Они предназначены для работы на том же масштабе, как бактерий, так и распространенных вирусов для того, чтобы взаимодействовать с и отразить их от человеческой системы. Так как они настолько малы, что вы не можете увидеть их невооруженным глазом, они будут также, возможно, использовать для выполнения «чудо» функции, такие как чистка кухня ("кухня, которая очищает себя!") Незримо ткачество ткань, приготовления пищи медленно, но неуклонно, и, по сути выполнения других функций, что люди могли бы сделать, но - давайте решать ее, вероятно, будет слишком ленивы, чтобы сделать себя к тому времени эти нанороботы стать функциональным. Поскольку лучший способ создать нанобота является использование другой нанобота, проблема заключается в начале работы. Люди в состоянии выполнить один нано-функцию, в то время, но тысячи разнообразны.

12 Глава 4. Наноэлектроника в России В России ситуация с развитием наноэлектроники является неоднозначной. Микроэлектроника по сравнению с передним мировым фронтом в России развита достаточно слабо. В наноэлектронике Россия сохранила преимущества, которые были у Советского Союза. Это касается таких областей, как СВЧ-техника, инфракрасная техника, излучательные приборы на основе полупроводников. Россия является родиной одного из наиболее значимых электронных приборов полупроводникового лазера, за который получил Нобелевскую премию академик Жорес Алфёров. Во многих областях наноэлектроники стартовые позиции у России достаточно неплохие. На полупроводниковых нано гетероструктурах с двумерным электронным газом основывается, например, сотовая связь. Здесь Россия не в лидерах, но сделанные ранее разработки в областях СВЧ, фотоприёмников, излучательных структур, солнечных батарей, силовой электроники и сейчас на очень хорошем уровне.

13 Государственные компании и программы ФГУП Российский научный центр «Курчатовский институт» Национальный исследовательский университет «МИЭТ» ФГУП «НИИ физических проблем им. Ф.В. Лукина» ФГУП Российский научный центр «Курчатовский институт» Национальный исследовательский университет МИЭТ ФГУП «НИИ физических проблем им. Ф.В. Лукина»

14 Частные предприятия ООО «АИСТ-НТ» российская компания, созданная в Зеленограде в 2007 году. Занимается производством сканирующих зондовых микроскопов для образования, научных исследований и мелкосерийного производства. ЗАО «Нанотехнология МДТ» российская компания, созданная в Зеленограде в 1989 году. Занимается производством сканирующих зондовых микроскопов для образования, научных исследований и мелкосерийного производства. ЗАО «НПФ МИКРАН» российская компания, основанная в Томске в 1991 году. Занимается производством и поставкой оборудования беспроводной связи различного назначения, контрольно-измерительной аппаратуры СВЧ-диапазона, одно- и многофункциональных модулей СВЧ, а также сложных изделий на их основе. ООО «Нано Скан Технология» компания, основанная в Долгопрудном в 2007 году. ……..Специализируется на разработке и производстве сканирующих зондовых микроскопов и комплексов на их основе для научных исследований и образования. ООО НПП «Центр перспективных технологий» российское предприятие, работающее в области нанотехнологий. Создано в 1990 г. Специализируется на производстве сканирующих зондовых микроскопов «Фемто Скан», атомных весов и аксессуаров, а также на разработке программного обеспечения.

15 ЗАО «НПФ «Микран» ЗАО «НПФ «Микран» один из ведущих российских производителей и поставщиков оборудования беспроводной связи различного назначения, контрольно-измерительной аппаратуры СВЧ-диапазона, одно- и многофункциональных модулей СВЧ, а также сложных изделий на их основе. Полное наименование Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма «Микран». Штаб- квартира и производство находятся в Томске, торговое представительство в Москве. Ежегодный объём производства компании достигает 1 млрд рублей На сегодняшний день «НПФ «Микран» представляет собой вертикально-интегрированную компанию полного цикла (маркетинг, разработка, производство и сопровождение продуктов) в сфере СВЧ-радиоэлектроники.

16 Наноэлектроника СВЧ в ТУСУРе Основные направления фундаментальных исследований и разработок ТУСУР в области СВЧ электроники: разработка и развитие технологий изготовления наногетероструктурных СВЧ монолитных интегральных схем (МИС), разработка методов измерения параметров наногетероструктур, характеризации СВЧ МИС и функциональных элементов, создание библиотек моделей элементов для отечественных и зарубежных технологий изготовления СВЧ МИС, разработка программного обеспечения для автоматизированного проектирования (синтеза) СВЧ устройств и управления СВЧ измерительными комплексами, разработка и изготовление на базе современных наногетероструктурных технологий СВЧ МИС для радиоэлектронных устройств и систем различного назначения. Научно-педагогические и научные коллективы ТУСУРа, занимающиеся исследованиями и разработками в области СВЧ электроники

17 КОНЕЦ СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЯ!