Nanoelektronika

Opis predmeta

Definicije nanoelektronike in nanotehnologij. Obeti na področju nanoznanosti. Klasični in kvantni delci in valovanja. Prosti in ujeti elektroni. Coulombova blokada. Kvantne pike, jame in žice. Tuneliranje, tunelski spoji in elementi na osnovi tuneliranja. Oblikovanje od zgoraj navzdol in od spodaj navzgor. Skaliranje in lastnosti klasičnih elementov pri mejnih dimenzijah. Hitri elementi na osnovi kvantnih učinkov in superrešetk. Kvantni tranzistorji in integrirani sklopi s tankoplastnimi heterospojnimi strukturami. Enoelektronski tranzistor. Postopki izdelave nanostruktur. Samosestavljanje. Molekularna nanoelektronika. Novi modeli stikal in pomnilnikov. Arhitektura nanoelektronskih vezij. Arhitektura nanoračunalnikov. Magnetne, optične in elektronske lastnosti nanodelcev. Nanoprevodniki. Transportne lastnosti polprevodniških nanostruktur. Balistični transport. Nanomagnetika in spintronika. Nanofotonika. Polimerna elektronika. Organski aktivni in pasivni elementi in vezja. Ogljikove nanocevke in nanožice. Zgradba in lastnosti ogljikovih nanocevk. Elektronske, optoelektronske, magnetne, kemijske in termoelektrične lastnosti ogljikovih nanocevk. Elektronski elementi in vezja na osnovi nanocevk. Kemijski in biološki nanosenzorji. Nano in mikronaprave. Modeliranje in simulacija kvantnih in nano sistemov.

Cilji in kompetence

Cilj predmeta je usvojiti definicije in koncepte, se seznaniti s smermi razvoja in raziskav na področju nanoelektronike ter spoznati karakteristike že raziskanih struktur, elementov in sistemov. Pridobljeno znanje bo študentu omogočilo lažje uvajanje v široko interdisciplinarno področje nanoelektronike in nanotehnologij.

Metode poučevanja in učenja

Na predavanjih so predstavljene teoretične osnove obravnavanih poglavij.

Predvideni študijski rezultati

Po uspešno zaključenem predmetu naj bi bili študenti zmožni:

– opredeliti nanoelektroniko kot novo razvijajoče se področje elektronike,

– pojasniti litografijo kot pristop od zgoraj navzdol in omejitve, ki jih predstavlja pri nadaljnji miniaturizaciji elektronskih elementov,

– primerjati klasične in kvantne sisteme,

– opisati klasični, semiklasični in balistični transport elektronov v nanostrukturah,

– uporabiti postulate kvantne mehanike pri postavitvi modelov kvantnih jam, žic in pik,

– razložiti tunelski spoj in primere uporabe tuneliranja,

– opisati elektronske in optične lastnosti ogljikovih nanocevk ter možnosti izdelave polprevodniških elementov na osnovi ogljikovih nanocevk,

– razložiti Coulombovo blokado in delovanje enoelektronskega tranzistorja,

– pojasniti spinski transport in spintronske elemente,

– opisati kubit, kvantna logična vrata in osnove kvantnih računalnikov.

Reference nosilca

1. Seif JP, Descoeudres A, Filipič M, Smole F, Topič M, Holman ZC, De Wolf S, Ballif C (2014) Amorphous silicon oxide window layers for high-efficiency silicon heterojunction solar cells. Journal of applied physics 115:1-8

2. Filipič M, Holman Z, Smole F, De Wolf S, Ballif C, Topič M (2013) Analysis of lateral transport through the inversion layer in amorphous silicon/crystalline silicon heterojunction solar cells. Journal of applied physics 114:1-7

3. Holman Z, Filipič M, Lipovšek B, De Wolf S, Smole F, Topič M, Ballif C (2014) Parasitic absorption in the rear reflector of a silicon solar cell: simulation and measurement of the sub-bandgap reflectance for common dielectric/metal reflectors. Solar energy materials and solar cells 120, part A:426-430

4. Filipič M, Berginc M, Smole F, Topič M (2012) Analysis of electron recombination in dye-sensitized solar cell. Current applied physics 12, no. 1:238-246

5. Nerat M, Smole F, Topič M (2011) A simulation study of the effect of the diverse valence-band offset and the electronic activity at the grain boundaries on the performance of polycrystalline Cu(In,Ga)Se2 solar cells. Thin Solid Films 519, no. 21:7497-7502

Temeljni viri in literatura

1.  William A. Goddard, Donald W. Brenner, Sergey Edward Lyshevski, Gerald J. Iafrate,
     Nanoscience, Engineering, and Technology, CRC Press LLC, 2012.

2.  Paul Harrison, Quantum Wells, Wires and Dots, Theoretical and Computational Physics of
     Semiconductor Nanostructures, John Wiley & Sons, Ltd, 2009.

3.  Edward L. Wolf, Nanophysics and Nanotechnology, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008.

4.  M. Meyyappan, Carbon Nanotubes, Science and Applications, CRC Press LLC, 2005.

5.  George W. Hanson, Fundamentals of  Nanoelectronics, Pearson Prentice Hall, 2008.