Материал квантовых точек обозначен желтым цветом, барьерных слоев между ними – голубым.
Плотность электронных состояний в квантовой точке — это уровень или уровни энергии. Квантовые точки часто сравнивают с атомами и называют их искусственными атомами по той причине, что они также, как и атомы имеют отдельные электронные энергетические уровни.
15. Схема формирования двумерных электронов на гетеропереходе
Двумерные электроны образуются на плоской границе контакта двух полупроводников с разной шириной запрещенной зоны. Часто в качестве пары таких полупроводников выбирают GaAs и Ga 1- X AlXAs. Ширина запрещенной зоны E g 2 увеличивается при увеличении х. Гетероструктурой называется многослойная система из полупроводников с разной шириной запрещённой зоны, но с одинаковой работой выхода(А=Евакуума-Еферрми).
а – зонная диаграмма двух различных полупроводниковых материалов (GaAs и Ga1-XAlXAs). ЕС – дно зоны проводимости, EV – потолок валентной зоны, Eg – ширина запрещенной зоны. Индексы 1 и 2 относятся к GaAs и Ga1-XAlXAs соответственно. Все энергии отсчитываются от уровня энергии электрона в вакууме; б – профиль дна зоны проводимости Ес гетероперехода. ΔЕС – разрыв зоны проводимости, Ео и Е1 –уровни размерного квантования. «Двумерные» электроны в гетеропереходе заштрихованы. Светлые кружки – ионизованные, темные – неионизированные примеси.
Электрическое поле, создаваемое электронами в арсениде галия и ионизованными примесями в твердом растворе арсенида галия с алюминием, показанные на рисунке светлыми кружочками, приводит к изгибу зон, и в возникающей квантовой яме образуются несколько уровней энергии.
Характерный размер потенциальной ямы в GaAs в направлении перпендикулярном гетерогранице, порядка или меньше длины волны де Бройля для электронов в данном полупроводнике, поэтому движение электронов в этом направлении квантовано. При этом электроны свободно двигаются вдоль границы раздела материалов, т.е. ведут себя как двумерные. Ширина запрещенной зоны Eg в GaAs составляет 1,52 эВ. При добавлении Al Eg растет. При концентрации алюминия х = 0,3 разность ширин запрещенных зон достигает 0,4 эВ. На границе возникает скачок потенциала, 60% которого приходится на зону проводимости и 40% на валентную зону.
16) Сравнение электронных систем разной размерности
• массивные полупроводники с законом дисперсии E = ( p 2 x + p 2 y + p 2 z )/2 m ,
• двумерные структуры с законом дисперсии E = EN + ( p 2 x + p 2 y )/2 m
• Одномерные структуры E = Ei + p 2 x /2 m
17) Баллистическая проводимость
• σ = (e2/2πħ)N
• Отсюда следует, что баллистическая проводимость квантовой нити не зависит от характеристик нити (за исключением числа заполненных уровней), ни от условий измерений. В ней не содержится ничего, кроме мировых констант – постоянной Планка и заряда электрона.
18) Одноэлектронный транзистор
• 
Одноэлектронный транзистор. Рассмотрим сферический нанокристалл. Поместим его в среду с диэлектрической проницаемостью ε. Его емкость будет С = εR, а потенциал U = q/C, где q –электрический заряд. Для нанокристалла диаметром R в несколько нанометров величина емкости составляет примерно 10-18 Ф. Если поместить в него один электрон (заряд 1,6 10-19 Кл), то его потенциал изменится на ~ 0,1 В и увеличивается пропорционально 1/R. Этого потенциала вполне достаточно, чтобы воспрепятствовать движению других электронов.
19.аллотропные формы углерода.определения и примеры
Алмаз,графит,графен,нанотрубки,фуллерен
Алмаз-бесцветное прозрачное, сильно преломляющее свет вещество. Алмаз тверже всех найденных в природе веществ, но при этом довольно хруп. Он настолько тверд, что оставляет царапины на большинстве материалов.
Графит- Графены в графите очень плохо связаны между собой и могут скользит друг относительно друга. У графита хорошая тепло и электропроводимость, используется в карандаше.Поэтому если провести графитом по бумаге,то соприкосающийся с ним лист графена отделяется от графитаи остается на бумаге.
Графен-это одиночный плоский лист состоящий из атома углерода,связанных между собой и образующих решетку,каждая ячейка которой напоминает пчелиную соту.Расстояние между ближайщими атомами углерода в графене составляет около 0,14 нм. сильно анизотропное вещество, состоит из слабо взаимодействующих плоских слоев атомов углерода.
Нанотрубки-это это каркасные структуры или гиганские молекулы,состоящие из атомов углерода. Преимущества:высокая плотность,высокая плотность переключения,низкие энергозатраты,радиационно и магнитостойкие.
Фуллерен-молекула самого симметричного и наиболее изученного фуллерена состоящего из 60 атомов углерода,образуют многогранник,состоящий из 20 6-тиугольников и 12 5-тиугольников,диаметр фуллерена составляет 1 нм.
20.Графен,свойства графена.
Графен-сильно анизатропное вещество, он состоит из слабо взаимодействующих плоских слоев атомов углерода. То что связь между атомными плоскостями слабая можно наблюдать в процессе рисования ил карандашом на бумаге, когда слои графита легко смещаются и отсоединяются ,оставляя свой след на бумаге.
Свойства графена.
1)Электронные свойства новой формы углерода коренным образом отличаются от свойств трехмерных веществ.ВЫ частности экспер.подтвердили предсказание теоретиков о линейном законе дисперсии электронов,но физикам было известно,частицы распространившиеся в пространстве со скоростью света.Это означает что электрон в граыене как и фотоны не имеют массы,но движутся в 300раз медленне фотонов и имеют ненулевой заряд.
2)Линейный закон дисперсии электронов,а также то,что они являются фермионами, вынуждает использовать для описания графена не уравнении шредингера,как в физике твердого тела,а в ур-е Дирака.поэтому электрон в графене называют дираковскими фермионами,а определенные участки кристаллической структуры графена для которых закон дисперсии линеен -дираковскими точками.
3)Поскольку эти особенности поведения электронов в двумерном углероде присущи релятивским частям, появляется возможность экспериментальным образом смоделировать в графене некоторые эффекты из физики высоких энергий, которые используются для ускорения заряженных частиц.
4)В макроскопическом масшабе линейный закон дисперсии приводит к тому что графен явл.полуметаллом,т.е полупроводником с нулевой шириной запрещенной зоны,а еого проводимость в нормальнызх условиях не уступает проводимости меди.Более того электроны чрезвычайно чувствительны к воздействию внешнего электрического поля,поэтому подвижность носителей заряда в граене при комнатной температуре теоретически можкт достигать рекордных значений в 100раз больше чем у кремния,и в 20 раз больше чем у арсенида галия.
5)Графен установил рекорд и по теплопроводности,измеренный коэфициент теплопроводмости двумерного углерода в 10 раз больше чем у в меди,который считается отличным проводником теплоты. Раньше это св-во принадлежало углеродной НТ,Графен улучшил этот показатель почти в 1,5 раза.
Физ.св-ва1)обладает механич.прочностью. 2)Высокая жесткость и устойчивость. 3)электрическая проводимость зависит от размеров и формы.
21.Принцип работы СТМ, блок-схема
В качестве зонда в СТМ используется остро заточенная металлическая игла. пространственное разрешение СТМ определяется в основном радиусом закругления острия и его мех. женскостью. В качестве материала для зонда обычно используются металлы с высокой твердостью и химической стойкостью: вольфрам или платина.
Схема туннельного сенсора.
Главной частью микроскопа является сенсор с высоким пространственным разрешением. Туннельный сенсор измеряет ток, протекающий между металлическим острием и образцом. Принцип работы СТМ основан на явлении туннелирования электронов через узкий потенциальный барьер между металлическим зондом и проводящим образцом во внешнем электрическом поле.
22.
Сканирующий зондовый микроскоп дает изображение поверхности, увеличенное во всех трех измерениях: x, y и z, максимальная разрешающая способность для каждой из осей определяется различными факторами.
Разрешение по оси z ограничивается, во-первых, чувствительностью сенсора, и, во-вторых, амплитудой вибраций зонда относительно поверхности образца. Конструкция микроскопа должна обеспечивать уменьшение амплитуды этих вибрации до долей ангстрема
Максимальное разрешение в плоскости x-y определяется, прежде всего, точностью позиционирования зонда. Важное значение имеет геометрия острия зонда. При сканировании предельно плоских (атомно-плоских) поверхностей разрешение лимитируется диаметром атома на самом конце иглы (так называемый эффект последнего атома
23.
Альтернативный метод регистрации, применимый при исследовании малых достаточно плоских участков - работа в режиме с очень большой постоянной времени цепи обратной связи, так что при сканировании поддерживается среднее расстояние острие – образец и регистрируются быстрые изменения туннельного тока («токовое изображение»). Этот способ позволяет максимально использовать быстродействие системы регистрации и получать изображения «в реальном времени».
 |
24.
эксперемент Покельс
Суть метода ленгмюровских пленок :Основная идея метода заключается в формировании на водной поверхности мономолекулярного слоя амфифильного вещества и последующем его переносе на твердую подложку.
Коэффициент растекания:
Растекание жидкости В по жидкости А можно выразить через введенный Харкинсом коэффициент растекания SB/A = ?A – (?B + ?AB),где SB/A - коэффициент растекания жидкости В по жидкости А; ?A и ?B – коэффициенты поверхностного натяжения жидкостей; ?AB – относительный коэффициент поверхностного натяжения на границе их раздела. Если SB/A > 0, происходит самопроизвольное растекание, если SB/A < 0, жидкость В остается на поверхности жидкости А в виде линз.
26) Стабильность и состояния монослоев
Двумерные монослои могут находиться в трех различных состояниях: конденсированном, текучем и газообразном.
Когда молекулы образуют наиболее плотную упаковку, то считается, что монослой находится в конденсированном состоянии.
Ленгмюровские пленки получают только на основе конденсированных монослоев
Газообразное состояние является предельным случаем противоположным конденсированному состоянию.
Поверхностное давление в таких пленках при увеличении поверхности асимптотически стремится к нулю, и поверхностная вязкость пленок очень мала.
Средняя молекулярная площадь в газообразном монослое данного вещества относительно велика.
27) понятие коллапса
Равновесное давление растекания монослоя есть давление в монослое, находящемся в равновесии с устойчивой объемной фазой.
Если монослой сжат до давлений, гораздо больших равновесного давления растекания, то достигается состояние, называемое «точкой коллапса». В точке коллапса увеличение давления становится невозможным, так как либо давление падает при неизменной площади пленки, либо при постоянном давлении уменьшается площадь пленки.
«Давлением коллапса» называется максимальное давление, при котором происходит это фазовое превращение.
Коллапс - неуправляемое наползание монослоев друг на друга
28.Перенос монослоев на твердые тела.
- Метод погружения
- Метод касания (эффект Марангони)
- Реактивный
30.Метод поверхностного потенциального барьера
Данный метод позволяет контролировать структурные и фазовые превращения в твердых телах с высокой точностью при высокой чувствительности. Структурные превращения – ранние стадии зарождения дефектов, зон напряжения, движения дислокации. МППБ позволяет контролировать возникновение дефектов в структуре твердого тела на значительном удалении от поверхности тела до нескольких сантиметров.
Электронные свойства твердых тел могут быть определены такими параметрами как работа выхода электрона и уровень Ферми.
Уровень Ферми задает параметр потенциального барьера материала с вакуумом, воздухом или с другим материалом.
Параметры потенциального барьера на интерфейсе металл-полимер определяют значение инжекционного тока.
Изменения этого тока будет указывать на изменение электронных свойств исследуемого материала, если электронные свойства полимера останутся неизменными.
31. КЛАССИФИКАЦИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Наноэлектроника включает в себя пять подразделов: элементы, устройства и функциональные системы наноэлектроники; физические принципы и создание нового поколения устройств наноэлектроники; развитие технологий, создание технологического оборудования, получение материалов наноэлектроники; разработка методов диагностики и создание диагностического оборудования; разработка методов вычислительного моделирования в наноэлектронике и создание инфраструктуры суперкомпьютерных вычислений.
Наноматериалы. Здесь содержится четыре подраздела: конструкционные наноматериалы и наноматериалы со специальными свойствами; функциональные наноматериалы (катализаторы, сорбенты, мембраны, полимеры); энергонасыщенные наноматериалы; наноматериалы для электроники, магнитных систем и оптики.
Нанобиотехнологии. Раздел состоит из пяти подразделов: наноконструирование биологических узнающих систем (нанодетекция и диагностика); нанокон-струирование новых лечебных препаратов (нанолекарства); наноконструирование иммуногенов, миниантител, наноантител (нановакцины); трансгенное наноконструирование (нанотрансгенез); наноконструирование замещающих cистем и регуляторных компонентов тела (нанобионика).
Нанодиагностика включает в себя пять подразделов: методы с использованием рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и частиц; зондовая и элек тронная микроскопия, электронография; оптическая микроскопия и спектроскопия; физические и физико-химические методы; нанометрология.
НаноОбразование к настоящему времени детально проработаны направления, связанные с подготовкой специалистов различной квалификации в области нанотехнологий.
32. ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С УМЕНЬШЕНИЕМ РАЗМЕРОВ