Борисенко В.Е. - Наноэлектроника (Теория и практика)

НАНОЭЛЕКТРОНИКА ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 2-е издание, переработанное и дополненное Утверждено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебника для студентов высших учебных заведений по специальностям «Микро- и наноэлектронные технологии и системы», «Квантовые информационные системы», «Нанотехнологии и наномвтериалы в злектронике» Москва БИНОМ. Лаборатория знаний УДК 621.382(075.8) ББК 32.844.1 Б82 С е р и л о с н о в а н а в 2009 г. Борисенко В. Е. Б82 Наноэлектроника: теория и практика : учебник / В. Е. Борисенко, А.И.

Воробьева, А.Л. Данилюк, Е. А. Уткина. — 2-е изд., перераб. и доп.— М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. — 3660. ил. — (Учебник для высшей школы). )БВ)»7 978-5-9963-1015-9 Подробно рассмотрены фундаментальные фкзнческке эффекты к электронные процессы, характерные для кавораэмерных структур. Описаны принципы функционирования и типы павоэлектропвых приборов для обработки кпформацпв. Приведены пакотехкологпческке подходы, позволяющке формкровать пркборные структуры папоэлектровкки к спнптропнкк. Наряду с обновленным к расшкреввым теореткческвм матервзлом предыдущего издания в данное издание включены практические задачи и ковтрольяые вопросы для самопроверки, првэвалвые закрепить изучаемый теореткческпй материал.

Для студентов, магпстраптов и аспкрантов, професскопзльпо ориентированных яа карьеру в области современной электроники к вавотехпологкй. УДК 621.382(07б.8) ББК 32.844.1 Учебное издание Серия: «Учебник для высшей школы» Ворпсепко Виктор Евгеньевич Воробьева Алла Ильинична Дапклюк Александр Леовкдоввч Уткина Елена Апполипарьевва НАНОЭЛЕКТРОНИКА: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Учебник Ведущий редактор канд. хкм.

наук Д. К. Новикова Редактор С. Ф. Селиверстова Технический редактор Е. В.Денюнова Корректор Д. Н. Мурадян Компьютерная верстка: Е. 4. Голубова Подписано в печать 11.09.12. Формат 60х90/16. Уел. печ. л. 23. Тираж 1000 экэ. Заказ 1620. Издательство еВИНОМ. Лаборатория знаний» 125167, Москва, проезд Аэропорта, д. 3 Телефон: (499) 157-5272, е-пиц1: Ыпош(ф) Ьх.ги, Ьссрг//эгчгги.1 Ьх.ги Отпечатано в 000 ПФ «Полигрвфист», 100001, г.

Вологда, ул. Челюскинцев, 3. (с) БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013 18ВХ 976-5-9963-1015-9 ОГЛАВЛЕНИЕ ОВ АВТОРАХ . 11 12 1.2.1. Свободная поверхность и межфазные границы... 38 41 45 .. 51 51 .. 55 .. 57 1.4. Структуры с квантовым ограничением, создаваемым внешним электрическим полем............... 60 60 61 ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ. 1.1. Фундаментальные явления в низкоразмерных структурах 1.1.1. Квантовое ограничение 1.1.2.

Баллистический транспорт носителей заряда 1.1.3. Туннелирование носителей заряда...... 1.1.4. Спиновые эффекты . 1.2. Элементы низкоразмерных структур 1.2.2. Сверхрешетки . 1.2.3. Моделирование атомных конфигураций 1.3. Структуры с квантовым ограничением, создаваемым внутренним электрическим полем......... 1.3.1. Квантовые колодцы 1.3.2. Модуляционно-легированные структуры .

1.3.3. Дельта-легированные структуры...... 1.4.1. Структуры металл/диэлектрик/полупроводник 1.4.2. Структуры с расщепленным затвором...... ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОЭЛЕКТРОННЫХ СТРУКТУР............. 2.1. Традиционные методы формирования пленок..... 2.1.1. Химическое осаждение из газовой фазы..... 2.1.2. Молекулярно-лучевая эпитаксия......... . 21 . 27 . 33 . 38 64 67 67 81 Оглавление 102 106 115 115 120 132 136 151 159 159 164 171 179 198 199 226 226 2.1.3.

Электрохимическое осаждение металлов и полупроводников.................. 84 2.1.4. Электрохимическое оксидирование металлов и полупроводников . 95 2.2. Методы, основанные на использовании сканирующих зондов 2.2.1. Физические основы 2.2.2. Атомная инженерия 2.2.3. Зондовые методы формирования наноструктур.. 2.3. Нанолитография. 2.3.1. Электронно-лучевая литография..........

2.3.2. Зондовая нанолитография.............. 2.3.3. Нанопечать 2.3.4. Сравнение нанолитографических методов..... 2.4. Саморегулирующиеся процессы.............. 2.4.1. Самосборка 2.4.2. Самоорганизация в объемных материалах..... 2.4.3. Самоорганизация при эпитаксии.......... 141 2.4.4. Формирование пленок Ленгмюра — Влоджетт...

2.5. Формирование и свойства наноструктурированных материалов............ 2.5.1. Пористый кремний 2.5.2. Пористый оксид алюминия.............. 2.5.3. Пористые оксиды тугоплавких металлов...... 2.5.4. Углеродные наноструктуры.............. ГЛАВА 3. ПЕРЕНОС НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В НИЗКОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУРАХ И ПРИБОРЫ НА ИХ ОСНОВЕ 198 3.1. Транспорт носителей заряда вдоль потенциальных барьеров .

3.1.1. Интерференция электронных волн......... 3.1.2. Вольтамперные характеристики низкоразмерных структур.............. 3.1.3. Квантовый эффект Холла............... 3.1.4. Электронные приборы на основе интерференционных эффектов и баллистического транспорта носителей заряда............. 216 3.2. Туннелирование носителей заряда через потенциальные барьеры................

3.2.1. Одноэлектронное туннелирование......... Оглавление 3.2.2. Приборы на основе одноэлектронного туннелирования . 3.2.3. Резонансное туннелирование 3.2.4. Приборы на основе резонансного туннелирования . 3.3. Спин-зависимый транспорт носителей заряда.. 3.3.1. Гигантское магнитосопротивление.... 3.3.2. Спин-контролируемое туннелирование . 3.3.3. Управление спинами носителей заряда в полупроводниках . 3.3.4. Эффект Кондо 3.3.5.

Спинтронные приборы........... ПРАКТИКУМ .. 1. Низкоразмерные структуры 2. Квантовые колодцы . 3. Самоорганизация .. 4. Проводимость низкоразмерных структур..... 5. Одноэлектронное туннелирование......... 6. Резонансное туннелирование 7. Гигантское магнитосопротивление......... 8. Спин-контролируемое туннелирование...... ПРИЛОЖЕНИЯ . Нобелевские лауреаты: краткая история познания наномира......... Словарь терминов.............. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА...........

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ . 236 .. 255 259 .. 267 .. 269 .. 278 284 296 .. 301 319 320 321 322 .. 323 .. 324 324 .. 325 .. 326 328 .. 328 . 346 .. 359 361 ОБ АВТОРАХ Борисенко Виктор Евгеньевич — профессор, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой микро- и нанозлектроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, научный руководитель Центра нанозлектроники и новых материалов. Образование получил в Минском радиотехническом институте (1973 г.) — инженер электронной техники. Кандидатская (1980 г.) и докторская (1988 г.) диссертационные работы посвящены твердофазным процессам в полупроводниках в условиях радиационных и нес тацио нарны х тепловых воздействий.

Начиная с 1990 г., активно занимается проблемами наноэлектроники, спинтроники, нанотехналогий и наноматериалов. Автор более 350 научных статей и 7 книг, редактор 9 сборников докладов Международных конференций по физике, химии и применению наноструктур "Ыапоглеегщв", которую с 1995 г. организует и проводит в Минске в качестве сопредседателя Международного организационного комитета. Подготовленный им совместно с профессором С. Осичини (8. Ом(с(п() энциклопедический справочник "ИЖаг й И%аг (л гйе Малов ог)п"' (2004 г., издательство %йеу-ЧСН) переиздавался дважды (в 2008 г. и 2012 г.). Подготовил 24 кандидата и 5 докторов наук. Воробьева Алла Ильинична — доцент, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории технологических процессов микроэлектроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники.

Получила образование на факультете радиоэлектроники Минского радиотехнического института — инженер электронной техники. Автор более 100 научных работ, в том числе 23 авторских свидетельств на изобретения, 3 учебных пособий и 60 статей в отечественных и зарубежных изданиях.

Область научных интересов — технология формирования, исследование и применение в микро- и наноэлектронике наноструктурированных пористых оксидов, создаваемых в процессе электрохимического анодного окисления алюминия и его сплавов, а также тугоплавких металлов. Данилиж Александр Леонидович — кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Центра наноэлектроники и новых материалов Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. Получил образование на конструкторско-технологическом факультете Минского радиотехнического института — инженер-конструктор. Автор монографии и более 150 научных публикаций в отечественных и зарубежных изданиях. Занимается теоретическим исследованием и компьютерным моделированием процессов переноса заряда в низкоразмерных структурах, разработкой перспективных элементов наноэлектроники и спинтроники.