Исследование и разработка методов моделирования физических процессов в наногетероструктурах, элементах молекулярной электроники со сверхнизким энергопотреблением. Разработка методов проектирования 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 порогового напряжения от параметров транзисторной гетероструктуры (толщины слоёв, мольная доля алюминия и так далее.), металлизации и уровня легирования p-затвора. 2) Исследование и разработка методов и алгоритмов восстановления сжатых данных для аналого-информационных преобразователей (АИП). 3) Разработка прототипа программного обеспечения для обработки топологии с использованием графово-ориентированной модели представления данных, включая исследование эффективности разработанного прототипа программного обеспечения при решении задач обработки топологии и подготовки данных для производства фотошаблонов. 4) Исследование и разработка общей электрической модели связанных состояний в континууме (ССК) типа Фабри-Перо и изучение особенностей механизмов их формирования. 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. Проведено исследование зависимости порогового от параметров транзисторной гетероструктуры и металлизации затвора. Показано, что для лучшего обеднения области двумерного электронного газа концентрация акцепторной примеси в слое p-GaN должна быть как можно больше. Установлено увеличение толщины p-затвора сверх толщины области обеднения вблизи металлического контакта ( 20 нм) не оказывает заметного влияния на величину порогового напряжения. Исследована и разработана общая электрическая модель связанных состояний в континууме (ССК) типа Фабри-Перо и изучены особенности механизмов их формирования. Аналитически выведены условия существования ССК типа Фабри-Перо в цепях с π топологией. Проведенные расчеты позволяют глубже раскрыть физический смысл ССК в электронике в рамках традиционных моделей, а также установить связь электрических схем с сосредоточенными параметрами с квантово-механической моделью сильной связи. Полученные результаты обладают вполне простой физической интерпретацией не противоречащей интуиции. Установлено, что обработка слоя подвешенного оксида графена фемтосекундным лазером дает возможность сформировать модифицированную чувствительную область фотодетектора в видимом и ближнем ИК-диапазоне. Наибольший фотоотклик (~0,8 А/Вт) не связан с болометрическим, а вызван только возбуждением носителей заряда в канале. Спектроскопией комбинационного рассеяния света в слоях алмазоподобного углерода было выявлено снижение вклада sp2-углерода как и вклада Si-модифицированной углеродной структуры при обработке ионами N+ и затем ионами He+, что обеспечивает изменение соотношения sp3 и sp2 углерода и некоторые изменения сигнала люминесценции (как NV-, так и SiV-центров) нормированной на сигнал D пика алмазной структуры, что может найти свое применение в формировании на основе люминесцентных структур наноуглерода и NV-, SiV-центров алмаза структур фотоники. При анализе изменения прозрачности, проводимости, толщины и перераспределения элементов по толщине слоя была выявлена возможность снижения необходимой температуры для формирования Ti-Al структур и перераспределения титана, важных для формирования контактов к каналу двумерного электронного газа HEMT-транзисторов. Данный эффект реализуется за счет применения наноразмерных слоев Ti/Al с размером наночастиц Ti в слоях менее 3 нм. Исследованы подходы к восстановлению сигнала из сжатых данных, что является основой системы восстановления сжатого сигнала в аналого-информационных преобразованиях. Исследованы принципы работы жадных и пороговых алгоритмов, которые имеют наименьшую вычислительную сложность их всех алгоритмов восстановления сжатых данных Спроектированная система классов позволяет эффективно хранить и модифицировать топологические данные. Поддержка других форматов топологии может быть реализована на уровне чтения файлов соответствующих форматов, в то время как классы для представления топологии в рамках программы не потребуют своего изменения. Спроектированные алгоритмы обработки и передачи топологических данных позволяют решить задачу разработки кроссплатформенного программного обеспечения для автоматизированного топологического проектирования реконфигурируемых СБИС и систем на кристалле и подготовки данных для фотошаблонов. 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.