Исследование физических принципов построения и функционирования перспективных устройств наноэлектроники для создания ЭКБ нового поколения

Объекты исследования – элементная база молекулярной наноэлектроники со сверхнизким энергопотреблением, гетероструктурные транзисторы, полевой нанотранзистор с FinFET топологией, оптический волновод, система питания СБИС СнК. Цель работы: разработка методов проектирования и создания интегральных приборов молекулярной, квантовой и вакуумной наноэлектроники для быстродействующих электронных устройств с низким энергопотреблением. Решаемые задачи: 1. Исследование методов 3D интеграции 2. Разработка экспериментального образца наноразмерного полупроводникового триода (транзистора) с квази-вакуумным (воздушным) каналом проводимости и макета интегральной СВЧ микросхемы на его основе. 3. Исследование локальных физико-химических свойств наноразмерных структур в полевом транзисторе. 4. Построение правил квантового дизайна молекулярных элементов наноэлектроники. 5. Разработка методологии автоматизированного создания сложных интегрированных самопитаемых систем, ориентированных на повышение длительности работы в условиях изменяющихся характеристик окружающей среды и учета вариаций технологических и схемных параметров. В результате проведения этапа работы проведены следующие исследования. Проведено исследование спонтанного нарушения симметрии в открытых квантовых системах как основы нового физического принципа построения элементной базы молекулярной наноэлектроники со сверхнизким энергопотреблением. Получила развитие теория открытых квантовых систем, включая описание связанных состояний в континууме, а также особенности управления резонансами в многотерминальных квантовых проводниках. В частности, продемонстрировано явление аннигиляции связанных состояний в континууме в системах с исходно дискретным спектром. Также проанализированы модели одномолекулярных квантовых интерференционных инверторов, работающих на основе явления слияния резонансов вблизи особой точки открытой квантовой системы. Показано, что четырехуровневая система с двумя парами близко расположенных уровней разной четности может быть основой для энергоэффективного инвертора, способного работать со сверхмалым напряжением питания при комнатной температуре. Проведен теоретический анализ и рассмотрены фундаментальные эффекты, лежащие в основе функционирования полупроводниковых устройств с квази-вакуумным каналом проводимости. Разработана топология наноразмерного полупроводникового триода с квази-вакуумным каналом проводимости для пластин кремния-на-изоляторе (SOI) и сформирован экспериментальный образец. Проведено измерение вольт-амперных характеристик экспериментального образца наноразмерного полупроводникового триода с квази-вакуумным каналом проводимости. Разработано полуэмпирическое уравнение тока автоэлектронной эмиссии полупроводниковых наноструктур с квази-вакуумным проводящим каналом. Разработана схемотехническая модель планарного полупроводникового диода с квази-вакуумным каналом проводимости на основе разработанного ранее полуэмпирического уравнения тока автоэлектронной эмиссии полупроводниковых наноструктур. Разработана схемотехническая модель планарного полупроводникового триода с квази-вакуумным каналом проводимости на основе разработанного ранее полуэмпирического уравнения тока автоэлектронной эмиссии. Разработана схемотехническая модель интегральной схемы (на примере СВЧ генератора автоколебаний) на основе системы полупроводниковых транзисторов с квази-вакуумным каналом проводимости. Создан экспериментальный макет интегральной СВЧ микросхемы на основе системы полупроводниковых автоэмиссионных наноструктур с квази-вакуумным каналом проводимости. Исследованы резистивные структуры на основе ОУНТ и нанослоев оксида вольфрама WO3 с платиной Pt. Измерен химический резистивный отклик на газообразные аналиты как при низком, так и при высоком уровне фоновой влажности. Измерен резистивный отклик на пары воды. Измерен резистивный отклик канала на основе одностенной углеродной нанотрубки на изменение сопротивления при подаче паров NH3 на фоне влажности. Результаты работы могут быть использованы для создания перспективной наноэлектронной компонентной базы электроники, наноэлектроники, квантовых компьютеров, многофункциональных полупроводниковых гетероструктур, одномерных и двумерных кристаллов, метаматериалов, молекулярной и биоэлектроники.