Разработка теоретических основ моделирования и проектирования наногетероструктур, элементов молекулярной электроники, аналогово-информационных преобразователей и реконфигурируемых систем на кристалле

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 принципов создания наноэлектронной элементной базы многофукциональной электроники для сверхбыстрой энергоэффективной обработки и передачи информации на основе новых физических эффектов, таких как молекулярный транспорт и эффектов, возникающих при интеграции 1D и 2D углеродных наноматериалов и нитридных наногетероструктур в наноразмерные полевые транзисторы. Решаемые задачи: 1) Исследования физических принципов работы, выявление фундаментальных зависимостей параметров моделируемых гетероструктур на характеристики разрабатываемых на их основе приборов нормально закрытого типа на гетероструктурах нитрида галлия для силовых и СВЧ транзисторов. 2) Исследование и разработка методов построения быстродействующих блоков приемопередающих и аналогово-информационных преобразователей, включая алгоритмы средств систем автоматизированного проектирования (САПР) для реализации маршрута создания блоков по нанометровым технологическим нормам. 3) Разработка методов и принципов построения новой архитектуры САПР СБИС и систем на кристалле, которые позволяют реконфигурировать маршрут проектирования и обработки топологии интегральных схем, иметь возможность контролировать выполнение каждого из этапов маршрута, а также динамически менять маршрут в зависимости от требуемых характеристик. 4) Построение теоретической основы для разработки основных базовых элементов цифровой молекулярной электроники со сверхнизким энергопотреблением. 5) Исследование эффектов, возникающих при интеграции 1D и 2D углеродных наноматериалов и нитридных наногетероструктур в наноразмерные полевые транзисторы. В результате проведения этапа работы проведены следующие исследования. Предложены конструктивно технологические методы разработки и изготовления высоковольтных транзисторов нормально-закрытого типа на основе гетероструктур нитрида галлия. Предложена методика оценки допустимого (предельного) уровня разреженности сигнала в зависимости от заданных параметров системы считывания; получены зависимости параметров систем считывания, позволяющие достичь наибольшего уровня разреженности входного сигнала. В части выполнения работ по элементной базе систем обработки данных получены: Упрощенная модель транзистора с плавающим затвором, позволяющая учитывать дискретность зарядового состояния плавающего затвора, для использования в разработке схем управления энергонезависимой памятью. Выполнена разработка прототипа кроссплатформенного программного обеспечения для представления маршрута проектирования в виде графово-ориентированной модели, в основе которого лежат разрабатываемые и исследуемые структуры данных и архитектурные решения. Предложена теоретическая модель описания комплементарной пары квантовых интерференционных транзисторов, работающих на основе эффекта слияния резонансов. Выполнена разработка и расчет электрической схемы, имеющей в своем спектре особую точку с наперед заданным порядком. Построены модели и определены конструкции наноразмерных полевых транзисторов с использованием 1D и 2D наноматериалов, построены макеты наноразмерных полевых транзисторов на основе углеродных наноматериалов на подложках кремния. Оценено влияние материалов среды на транспортные свойства канала транзистора. Проведен анализ ВАХ GAAFET и проведена оценка влияния управляющего поля затвора на транспорт носителей. 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.