OPISY KURSÓW. Punkty ECTS 1 2 Liczba godzin CNPS

Transkrypt

1 OPISY KURSÓW Kod kursu: ETD 806 Nazwa kursu: Nanotechnologia Język wykładowy: polski Forma kursu Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium Tygodniowa liczba godzin ZZU * Semestralna liczba godzin ZZU* Forma zaliczenia Poziom kursu (podstawowy/zaawansowany): studia II stopnia stacjonarne, zaawansowany Wymagania wstępne: wiązania w ciałach stałych, budowa ciała stałego, elektroujemność pierwiastków, budowa półprzewodnikowych przyrządów opto- i mikroelektronicznych, podstawy technologii przyrządów półprzewodnikowych, bierna znajomość języka angielskiego Imię, nazwisko i tytuł/ stopień prowadzącego: Damian Punicki, dr inŝ. Rok: I Semestr: Zaliczenie Typ kursu (obowiązkowy/wybieralny): obowiązkowy Zaliczenie Punkty ECTS 1 2 Liczba godzin CNPS Cele zajęć (efekty kształcenia): Celem zajęć jest przedstawienie nanotechnologii jako nauki łączącej w sobie wiele dziedzin takich jak inŝynieria materiałowa, chemia, fizyka, czy biologia. Na zajęciach omawiane są zagadnienia udawadniające, Ŝe nanotechnologia nie jest nauką o prostej miniaturyzacji wykorzystywanych od dawna obiektów lecz o technice wytwarzania w nanoskali, które odbywa się przez zrozumiałe i w pełni kontrolowane manipulowanie materią oraz o poszukiwaniu nowych unikalnych zjawisk/właściwości będących wynikiem zmniejszenia wymiarów. Prezentowane w ramach wykładu przykłady elementów/obiektów o wymiarach nanometrowych (wykonanych róŝnymi technikami a przede wszystkim elementów półprzewodnikowych) oraz ich konstrukcje mają na celu przekonanie słuchacza, Ŝe Nanotechnologia to takŝe nauka o zastosowaniu i eksploatacji w/w nowych zjawisk i/lub właściwości, z których często korzystamy w Ŝyciu codziennym. W efekcie słuchacz zdobywa wiedzę dotyczącą procesów i zjawisk fizykochemicznych wykorzystywanych w trakcie wytwarzania nanostruktur i nanoobiektów. Poznaje budowy oraz zasady działania przyrządów w konstrukcjach których znajdują się elementy o wymiarach nanometrowych. W części wykładu dotyczącej przyrządów półprzewodnikowych rozwinięta zostaje wiedza na 1

2 temat technologii tego rodzaju przyrządów. W treści wykładu prezentowane są takŝe informacje dotyczące kierunków rozwoju i obszarów zastosowań nanotechnologii. Forma nauczania (tradycyjna/zdalna): tradycyjna Krótki opis zawartości całego kursu: Nanotechnologia definicja, kierunki rozwoju i obszary zastosowań. Elementy elektroniki molekularnej. Budowa i zasady działania drutów molekularnych, rezystorów molekularnych, diod molekularnych oraz przełączników molekularnych. Świat Drexlera i Feynmana czyli modelowanie budowy oraz sposobu działania molekuł spełniających Ŝądane funkcje np. mechaniczne. Kwantowe efekty rozmiarowe i ich wpływ na ostateczne właściwości obiektów/przyrządów. Powiązanie właściwości przyrządów półprzewodnikowych z właściwościami obiektów/warstw o obniŝonej wymiarowości (struktury kropek kwantowych, kresek kwantowych oraz wielokrotnych studni kwantowych QD/Qdash/MQW). Wpływ oddziaływań międzymolekularnych na właściwości struktur półprzewodnikowych. Modyfikacja struktury energetycznej półprzewodnika będąca wynikiem obecności defektów, napręŝeń oraz wzajemnego ułoŝenia poszczególnych atomów w strukturze materiału. Modyfikacja właściwości warstw wchodzących w skład konstrukcji przyrządów półprzewodnikowych - procesy technologiczne, zmiany w strukturze materiału. Techniki wytwarzania oraz zjawiska zachodzące podczas epitaksji struktur samoorganizujących się. Dwuwymiarowy i jednowymiarowy gaz elektronowy. Transport nośników w obiektach o obniŝonej wymiarowości. Efekt Halla i kwantowy efekt Halla. Balistyczny transport nośników. Tranzystor na drucie kwantowym oraz tranzystor jednoelektronowy konstrukcja i zasada działania. Wykład (podać z dokładnością do 2 godzin): Zawartość tematyczna poszczególnych godzin wykładowych 1. Wstęp do nanotechnologii. Definicja nanotechnologii. Kierunki rozwoju i obszary zastosowań. 2. Elementy elektroniki molekularnej. Świat Drexlera i Feynmana. Zasada działania i konstrukcje przyrządów półprzewodnikowych z warstwami o wymiarach nanometrowych. Kwantowe efekty rozmiarowe i ich wpływ na ostateczne charakterystyki przyrządów. Konstrukcje, technologia i właściwości półprzewodnikowych struktur typu QD/QDash/MQW. Selektywna modyfikacja właściwości wybranych warstw wchodzących w skład przyrządów półprzewodnikowych. 4. Wpływ oddziaływań międzymolekularnych na właściwości struktur półprzewodnikowych. Defekty strukturalne oraz napręŝenia i ich wpływ na strukturę energetyczną półprzewodnika. Konsekwencje wygrzewania struktur półprzewodnikowych z warstwami stopów wieloskładnikowych uporządkowanie bliskiego zasięgu. Techniki wytwarzania oraz zjawiska zachodzące podczas epitaksji struktur samoorganizujących się. 5. Dwuwymiarowy i jednowymiarowy gaz elektronowy. Transport nośników w obiektach o obniŝonej wymiarowości. Efekt Halla i kwantowy efekt Halla. Balistyczny transport nośników. Tranzystor na drucie kwantowym oraz tranzystor jednoelektronowy konstrukcja i zasada działania. Liczba godzin 2 4 Ćwiczenia - zawartość tematyczna: 2

3 Seminarium - zawartość tematyczna: krótkie prezentacje wykonywane przez studentów rozwijające zagadnienia omawiane w ramach wykładu a takŝe dodatkowe zagadnienia zaproponowane przez prowadzącego lub studentów nawiązujące tematycznie przede wszystkim do nanotechnologii półprzewodnikowej i elementów opto- i elektronicznych, otwarta dyskusja na kaŝdy przedstawiony temat w celu dokładniejszego wyjaśnienia i zrozumienia prezentowanych zagadnień Laboratorium - zawartość tematyczna: Projekt - zawartość tematyczna: Literatura podstawowa: 1. R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka Kwantowa atomów, cząsteczek, ciał stałych, jąder i cząsteczek elementarnych, PWN, Warszawa Springer Handbook of Nanotechnology, Bharat Bhushan Editor, Springer-Verlang Berlin Heidelberg Pallab Bhattacharya, Semicondudtor Optoelectronic Devices, Second Edition, Prentice Hall New Jersey J. H. Davies, A. R. Long, Physics of Nanostructures, Proceedings of the Thirty-Eighth Scottish Universitates Summer School in Physics St Andrews, Bernard Ziętek, Optoelektronika, Wydawnictwo Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń Strony internetowe IWGN (ang. Interagency Working Group on Nanotechnology) 7. Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, C. Joachim, J. K. Gimzewski, A. Aviram, Electronics using hybrid-molecular and monomolecular devices, Nature, vol 408, 0 November D. Goldhaber-Gordon, Michael S. Montemerlo, J. Christopher Love, Gregory J. Opiteck, James C. Ellenbogen, Overview of nanoelectronic devices, The Procedings of the IEEE, April J. C. Ellenbogen, J. Christopher Love, Architectures for Molecular Electronic Computers: 1. Logic Structures and an Adder Designed from Molecular Electronic Diodes, lipiec 1999 Literatura uzupełniająca: 1. D. Pucicki, Badanie kinetyki wzrostu heterostruktur In y Ga 1-y As 1-x N x /GaAs przeznaczonych do konstrukcji przyrządów optoelektronicznych, rozprawa doktorska, P.Wr Warunki zaliczenia: wykład kolokwium zaliczeniowe, seminarium prezentacja wybranego zagadnienia i udział w dyskusjach * - w zaleŝności od systemu studiów

4 DESCRIPTION OF THE COURSES Course code: ETD 806 Course title: Nanotechnology Language of the lecturer: Polish Course form Lecture Classes Laboratory Project Seminar Number of hours/week* Number of hours/semester* Form of the course completion getting credit 1 2 getting credit ECTS credits 1 2 Total Student s Workload Level of the course (basic/advanced): Second-cycle studies, mode of study: full-time studies, advanced Prerequisites: bonding in solid state, electronegativity, construction of opto- and microelectronic semiconductor devices, basic of semiconductor devices technology, passive English skills Name, first name and degree of the lecturer/supervisor: Damian Pucicki, PhD Year: I Semester: 1 Type of the course (obligatory/optional): obligatory Aims of the course (effects of the course): One of the aims of the course is presentation of nanotechnology as an technical science which couples many fields of activities like: material science, chemistry, physics and biology. Lectures prove that nanotechnology does not deal with simple miniaturization of common devices but it s a science which is concerned with technology of objects in nanoscale via comprehensible and totally controlled manipulating of the matter. There is highlighted that nanotechnology is also focused on exploration new and unique phenomena/properties which are consequence of dimensions reduction. During lectures are presented constructions of nanodevices/nanoobjects (which are made by different technology but first of all by semiconductor technology) in order to prove that nanotechnology is a science which deal with applying of new discovered phenomena/properties in common used devices. As a result student acquires knowledge concerning technological processes and physical chemistry phenomena which are used during the fabrication of nanodevices. Student is required to know constructions and operation rules of devices which contain nanoscale objects or layers. Additionally in a part of the lectures is the knowledge refer to semiconductor devices and semiconductor technology enriched. There are also the development and application fields of nanotechnology discussed. 4

5 Form of the teaching (traditional/e-learning): traditional Course description: Nanotechnology definition, development direction and application fields. Molecular electronic devices operation rules of molecular wires, molecular resistor, molecular diode and molecular switches. Drexler s and Feynman s worlds simulations of molecules which realize for example mechanical function. Quantum size effects and their influence on properties of objects/devices. Properties of semiconductor devices with QD/Qdash/MQW (Quantum Dot/Quantum Dash/Multi Quantum Well) active regions. Influence of intermolecular interaction on properties of semiconductor heterostructures. Modification of band diagram of semiconductors by presence of defects, stresses and reciprocal positions of atoms in crystal lattice. Modification of properties of semiconductor heterostructures during selective oxidation and rapid thermal annealing technological processes, rearrangement of crystal structures. Self assembled structures properties and technology. Two- and one- dimensional electron gas (2DEG and 1DEG) properties, carrier transport, ballistic carrier transport. Hall effect and quantum Hall effect. Quantum wire transistor and single electron transistor construction, operation rules. Lecture: Particular lectures contents 1. Nanotechnology definition, development direction and application fields 2. Molecular electronic devices. Drexler s and Feynman s worlds simulations of molecules which realize for example mechanical function.. Construction of semiconductor devices contain low dimensional structures. Quantum size effects and their influence on properties of objects/devices. Self assembled structures properties and technology. Properties of semiconductor devices with QD/Qdash/MQW (Quantum Dot/Quantum Dash/Multi Quantum Well) active regions. Modification of properties of semiconductor heterostructures during selective oxidation and rapid thermal annealing 4. Influence of intermolecular interaction on properties of semiconductor heterostructures. Modification of band diagram of semiconductors by presence of defects, stresses and reciprocal positions of atoms in crystal lattice. Consequences of rapid thermal annealing short range order. 5. Two- and one- dimensional electron gas (2DEG and 1DEG) properties, carrier transport, ballistic carrier transport. Hall effect and quantum Hall effect. Quantum wire transistor and single electron transistor construction, operation rules. Number of hours 2 4 Classes the contents: Seminars the contents: short oral presentations performed by students which deal with a subject presented during lectures or new subjects proposed by teacher or students referring to semiconductor Nanotechnology or Nanotechnology of opto- and microelectronics devices, opened discussions to each presented topics in order to precise explanation of the discussed issues 5

6 Laboratory the contents: Project the contents: Basic literature: 1. R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka Kwantowa atomów, cząsteczek, ciał stałych, jąder i cząsteczek elementarnych, PWN, Warszawa Springer Handbook of Nanotechnology, Bharat Bhushan Editor, Springer-Verlang Berlin Heidelberg Pallab Bhattacharya, Semicondudtor Optoelectronic Devices, Second Edition, Prentice Hall New Jersey J. H. Davies, A. R. Long, Physics of Nanostructures, Proceedings of the Thirty-Eighth Scottish Universitates Summer School in Physics St Andrews, Bernard Ziętek, Optoelektronika, Wydawnictwo Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń Strony internetowe IWGN (ang. Interagency Working Group on Nanotechnology) 7. Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, C. Joachim, J. K. Gimzewski, A. Aviram, Electronics using hybrid-molecular and monomolecular devices, Nature, vol 408, 0 November D. Goldhaber-Gordon, Michael S. Montemerlo, J. Christopher Love, Gregory J. Opiteck, James C. Ellenbogen, Overview of nanoelectronic devices, The Procedings of the IEEE, April J. C. Ellenbogen, J. Christopher Love, Architectures for Molecular Electronic Computers: 1. Logic Structures and an Adder Designed from Molecular Electronic Diodes, lipiec 1999 Additional literature: 1. D. Pucicki, Badanie kinetyki wzrostu heterostruktur In y Ga 1-y As 1-x N x /GaAs przeznaczonych do konstrukcji przyrządów optoelektronicznych, (Investigation of epitaxial growth kinetic of In y Ga 1-y As 1-x N x /GaAs heterostructures dedicated for optoelectronic devices) PhD dissertation, P.Wr Conditions of the course acceptance/credition: lecture written short exam for getting a course credit, seminars presentation of the chosen issue and participation in other discussions * - depending on a system of studies 6