Компьютерное моделирование элементов радиотехнических систем на микро- и наноуровне

• Автор: Скворцов, Константин Васильевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава I. Радиотехнические наносистемы
1.1. Современное состояние микроэлектроники
1.2. Нанотехнологии в электронике
1.3. Методы и технологии получения гетероструктур
1.4. Использование органических соединений для радиосистем
1.5. Выводы
Глава II. Компьютерные технологии в наноструктурном анализе
2.1. Методы моделирования роста наноструктур
2.2. Метод дискретного моделирования разбиений и упаковок
2.3. Основные понятия теории роста квантовых точек
2.4. Комплекс программ «Компьютерный наноскоп»
2.5. Выводы
Глава III. Проектирование радиотехнических наноэлементов и наносистем
3.1. Квантовые точки для нанотехнологий
3.2. Проектирование непериодических сверхрешеток
3.3. Моделирование полупроводниковых органических структур
3.4. Электродинамическое моделирование фрактальных антенных систем
3.5. Исследование и моделирование перспективных материалов для радиосистем на наноуровне
3.6. Выводы
Основные результаты и выводы
Литература
Введение
Развитие радиотехники и наноэлектроники предъявило новые требования к элементам радиотехнических систем, использующих кристаллическое состояние вещества: квазикристаллы, нанокластеры,
квантовые точки, сверхрешетки и гетероструктуры. В наше время основу радиотехнической промышленности составляет монокристаллический кремний, но уже невозможно обойтись без использования других, самых разнообразных наноструктур, которые могут выполнять функции элементов радиосистем. Поскольку изделия из кристаллов широко распространены во многих сферах нашей жизни, то задачи совершенствования методов выращивания кристаллов и моделирования технологий их производства остаются практически важными в наши дни. Однако, пока еще не создана достаточно полная теория зарождения и роста кристаллов, особенно на наноуровне; не доведены до понимания общие вопросы сопряжения материалов при эпитаксии; почти полностью, за исключением углеродных нанотрубок и некоторых металлов, отсутствует информация о строении конкретных наноструктур, в часности молекулярных соединений. Все это тормозит развитие вычислительных систем, систем связи, систем локации, передачи и приема информации. Исследования наноструктур и материалов на их основе в последние несколько лет являются общим направлением для многих классических научных дисциплин: физической химии, физики твердого тела, физики конденсированного состояния и др. В каждой из этих наук как на уровне поиска системных решений, так и при создании принципиально новых материалов используется компьютерное моделирование, результаты которого затем проверяются в сложных дорогостоящих экспериментах с использованием высокотехнологичного оборудования. В электронике применение наноструктур позволяет расширить область действия закона Мура и ускорить полный переход от

классических устройств к «однокристальной системе на чипе», занимающей физически малый объем и потребляющей меньше энергии.
Актуальность темы
Совокупность перечисленных проблем приводит к необходимости совершить в радиотехнике и микроэлектронике принципиальный переход к нанотехнологиям. Решение задачи по разработке основ наноструктурного анализа, включающего в себя методы моделирования нанокластеров и их роста, прогнозирование и расчет молекулярных наноструктур, в том числе с полупроводниковыми свойствами, а также по моделированию процессов сборки функционально ориентированных радиотехнических наносистем, является актуальным.
Цель работы и задачи исследования
Целью работы является исследование и компьютерное моделирование наноструктурных элементов радиосистем и разработка основ технологии сборки радиотехнических микро- и наносистем.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1. Создание единого комплекса компьютерных программ «Компьютерный наноскоп», предназначенного для моделирования наноструктур и компьютерного проектирования наносистем.
2. Проведение наноструктурных исследований квантовых точек некоторых органических полупроводников, диэлектриков и металлов, используемых в системах наноэлектроники.
3. Разработка модели непериодической фрактальной сверхрешетки, в том числе с изменяемой симметрией, как элемента управляемой радиосистемы на микро-и наноуровне.
4. Расчёт излучательных свойств созданной модели фрактальной сверхрешетки.
5. Проведение экспериментальных исследований поверхности некоторых
перспективных материалов для сборки радиосистем на наноуровне методами

основной энергетический уровень начала отсчета энергии, близки друг к другу (пунктирная линия на рис.1.15).

Pentacene ?Г = 0.5 eV
LUMO

HOMO

DiMe-PTCDI
LUMO
HOMO

Rc Q Cj
Рис. 1.15. Энергетическая диаграмма гетероструктуры (а) и ее эквивалентная схема (б)[51].
Как отмечено в статье, выбор А1 и 1ТО обусловлен требованиями формирования хороших квазиомических контактов с полупроводниками, что, в свою очередь, определяется поверхностными свойствами напыляемых пленок общей толщиной до 100 нм. Эта информация может быть получена и исследована с помощью предложенного нами комплекса программ «Компьютерный наноскоп» (см. пункт 2.4.). На основе приведенной информации нами были проведены исследования наноструктур антрацена, пентацена и коронена. Результаты этих исследований представлены ниже.
1.5. Выводы
Анализ представленных методов современной электроники позволяет сделать следующие выводы :
1. Дальнейший прогресс не может быть достигнут без решения проблемы сопряженности материалов. В свою очередь, эта проблема базируется на знании структурных параметров нанообъектов, информация о которых требует дополнительных исследований.