Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

A tárgy célja nanoelektronikai eszközök működésének és szimulációs módszereinek ismertetése, a kapcsolódó áramköri modellek bemutatása a szimuláció szemszögéből.

A klasszikus fizikai és kvantummechanikai megközelítésekből adódó eszközmodellek bemutatása és értelmezése. A szükséges fizikai háttértudás alapjait a kurzuson belül bemutatva a később felmerülő problémákhoz megfelelő látásmód elsajátításának elősegítése.

A kurzus során a nagyobb geometriai méret tartományoktól a kisebb felé haladva mutatja be a fizikai modellek határait, megmutatja a továbblépés (pontosabb modellek előállítása) lehetséges lépéseit és buktatóit mutatjuk be.

Bemutatjuk a (nano)elektronikai eszközök áramkör-szimulátorokba építhetőségét, a felmerülő problémákat, az eszköz szimuláció feladatának és megvalósításának problémáját. A numerikus számítások alapfogalmait is ismertetjük.

Az alapfogalmak, alkalmazott jelölések és célkitűzések megfogalmazása.

1. Klasszikus és félklasszikus modellek (2.5 hét)

A 10-100 nm-es tartományban működő félvezető eszközök fizikai leírása. Klasszikus és félklasszikus modellek. Boltzmann transzport egyenlet és megoldási módszerei, RTA közelítés, alacsony- és nagy tér esetén történő megoldások.

Analitikus és numerikus megoldások.

2. Kvantummechanikai korrekciók klasszikus modellekre (1.5 hét)

Korrekciók bevezetésének alapgondolata, a kvantummechanikai korrekciók típusai, alkalmazhatóságuk.

3. Kvantummechanikai modellek (2 hét)

Kvantummechanikai alapfogalmak, jelölések.

Schrödinger-Poisson egyenlet és megoldása, numerikus módszerek. Határfeltételek.

4. Ballisztikus transzport, Landauer formalizmus (1 hét)

Ballisztikus transzport fogalmai, alkalmazhatóságának korlátai. Szimulációs megoldási lehetőségek.

5. Monte-Carlo megoldási módszerek. Részecske alapú modellek. Numerikus megoldási módok (2 hét)

Monte-Carlo szimuláció alapgondolata, különböző megközelítési módok tárgyalása, szimuláció fázistérben és valóstérben. Részecske alapú (particle-based) szimuláció. Megoldás során fellépő numerikus módszerek.

6. Fotonikus kristályok és alkalmazási lehetőségeik (1 hét)

Alapfogalmak, alkalmazhatóság, szimulációs kérdések.

7. Molekuláris elektronikai alapelemek, modellek (1 hét)

Alapfogalmak, az alkalmazhatóság feltétele és lehetősége.

8. Egyelektron tranzisztor és rezonáns alagútdióda (2 hét)

Egyelektron tranzisztor (SET) és alkalmazásai, SETMOS.

Rezonáns alagútdióda (RTD) és alkalmazásai.

„Klasszikus” nanoelektronikai elemek felépítése, áramköri elhelyezkedése, szimuláció.

9. Kétállapotú atom és EM tér kölcsönhatása (1 hét)

Mikroszkópikus és makroszkópikus világ összekapcsolhatósága, áramköri modellezése, Rabi modell.

Előadás

a. A szorgalmi időszakban: 1 nagyzárthelyi, a legalább elégséges érdemjegy az aláírás feltétele.

b. A vizsgaidőszakban: szóbeli vizsga.

c. Elővizsga nincs.

A szorgalmi időszakban pótzárthelyin, pótlási héten pótpót-zárthelyin lehet pótaláírást szerezni.

A tantárgyhoz elektronikus jegyzet készül.

Kijelölendő folyóirat cikkek.

D. Ferry, S. Goodnick : Transport in Nanostructures, Cambridge,1997.

A.I. Csurgay, The Circuit Paradigm in Nanoelectronics, Helsinki, 2000.

S. Datta, Electronic Transport in Mesoscopic Systems, Cambridge, 1995.

Y. Imry, Introduction to Mesoscopic Physics, Oxford, 1997.