Разработка и исследование быстродействующих наноструктур СБИС с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций носителей заряда

• Автор: Рындин, Евгений Адальбертович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 386 с. : ил. + Прил. (193 с.: ил.)

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ И СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
2. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ С УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕДИСЛОКАЦИЕЙ МАКСИМУМА АМПЛИТУДЫ ВОЛНОВЫХ ФУНКЦИЙ ЭЛЕКТРОНОВ В ТУННЕЛЬНОСВЯЗАННЫХ КВАНТОВЫХ ОБЛАСТЯХ
2.1. Методы построения и конструкции логических элементов с управляемой передислокацией максимума волновой функции электронов в туннельносвязанных квантовых областях
2.2. Технологический маршрут изготовления функционально интегрированных логических элементов на основе туннельносвязанных квантовых областей с электронной проводимостью
2.3. Модели и методика моделирования интегральных логических элементов на основе туннельносвязанных квантовых областей с электронной проводимостью.
2.4. Результаты моделирования интегральных логических элементов на основе туннельносвязанных квантовых областей с

электронной проводимостью.

2.5. Выводы
3. КОМПЛЕМЕНТАРНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ С УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕДИСЛОКАЦИЕЙ МАКСИМУМА ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ТУННЕЛЬНОСВЯЗАННЫХ КВАНТОВЫХ ОБЛАСТЯХ .
3.1. Методы построения и конструкции логических элементов с управляемой передислокацией максимума волновых функций электронов и дырок в туннельносвязанных квантовых областях
3.2. Технологический маршрут изготовления интегральных логических элементов на основе туннельносвязанных квантовых областей с дополняющими типами проводимости
3.3. Модели и методика моделирования логических элементов с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в туннельносвязанных квантовых областях с взаимодополняющими типами проводимости.
3.4. Результаты моделирования логических элементов с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в туннельносвязанных квантовых областях с
взаимодополняющими типами проводимости.
3.5. Экспериментальные образцы интегральных логических элементов с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в туннельносвязанных квантовых областях
3.5.1. Разработка структуры и топологии экспериментальных образцов логических элементов на основе туннельносвязанных квантовых областей.
3.5.2. Топология кристаллов экспериментальных образцов.
3.5.3. Технологический маршрут изготовления
экспериментальных образцов.
3.5.3.1. Основные этапы технологического маршрута изготовления экспериментальных образцов и
параметры слоев гетероструктуры
3.5.3.2. Последовательность технологических операций изготовления экспериментальных образцов.
3.5.3.3. Результаты изготовления экспериментальных образцов
3.6. Выводы .
4. СВЕРХБЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ
КОММУТАТОРЫ С УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕДИСЛОКАЦИЕЙ
МАКСИМУМА ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В
КВАНТОВЫХ ОБЛАСТЯХ .
4.1. Методы построения и конструкции интегральных сверхбыстродействующих коммутаторов с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда
в туннельносвязанных квантовых областях
4.2. Методы построения, конструкции и результаты моделирования интегральных коммутаторов на основе управляемой передислокации максимума волновой функции носителей заряда в объединенных квантовых областях
4.3. Выводы
5. СОВМЕЩЕННЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ С
УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕДИСЛОКАЦИЕЙ МАКСИМУМА
ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА НА ОСНОВЕ
СВЕРХРЕШЕТОК ВТОРОГО ТИПА
5.1. Методы построения и конструкции совмещенных логических элементов с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда
5.2. Технологический маршрут изготовления интшральных логических элементов на основе совмещенных комплементарных наноструктур
5.3. Модели и методика моделирования управляемой передислокации максимума волновых функций носителей заряда в совмещенных комплементарных наноструктурах
5.4. Результаты моделирования управляемой передислокации максимума волновых функций носителей заряда в совмещенных комплементарных наноструктурах
5.5. Выводы
6. МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СБИС НА ОСНОВЕ НАНОРЛЗМЕРНОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ
6.1. Методика проектирования интегральных элементов с управляемой передислокацией максимума амплитуды волновых функций электронов и дырок в сверхрешетках второго типа.
6.2. Проектирование интегральных устройств статической памяти на основе субмикронных и наноразмерных библиотек
параметризуемых интегральных элементов
6.2.1. Основные требования к библиотечным интегральным
элементам статических ОЗУ.
6.2.2. Методика автоматического синтеза топологии интегральных устройств статической памяти.
6.2.3. Подсистема автоматического синтеза топологии статических
ОЗУ
6.2.4. Результаты проектирования статических ОЗУ на основе субмикронных элементов.
6.3. Интегральные логические элементы СБИС на основе
комплементарных полевых транзисторов Шоттки
6.3.1. Конструкции и технологические маршруты изготовления интегральных элементов СБИС на основе комплементарных транзисторов Шоттки
6.3.2. Моделирование интегральных элементов СБИС на основе комплементарных транзисторов Шоттки
6.3.3. Метод термозависимого питания КПТШэлементов.
6.4. Библиотека совмещенных интегральных элементов СБИС с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей в связанных квантовых областях
6.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


С целью применения рассмотренного принципа повышения быстродействия при построении интегральных логических элементов, а также повышения эффективности использования площади кристалла, снижения потребляемой мощности и энергии переключения, в данном разделе разработаны методы построения интегральных логических элементов на основе управляемой передислокации максимума волновой функции электронов в туннельносвязанных квантовых ямах. Идея создания логических элементов, в которых преобразование информации осуществляется непосредственно за счет управляемой передислокации волновых функций электронов в системе квантовых ям, разделенных туннельными барьерами, впервые была предложена в работах ,. Особый интерес представляют предложенные в этих работах функциональные аналоги КМОПэлементов, в частности, инверторы на основе двух и трех туннельносвязанных квантовых ям с раздельными омическими контактами и управляющими переходами Шоттки. Структура КМОПподобного инвертора на основе двух туннельносвязанных квантовых ям схематически показана на рис. В работах , обсуждаются два варианта считывания информации, закодированной распределением амплитуды волновой функции по квантовым ямам оптический и электрический. В последнем случае раздельные омические контакты к квантовым ямам позволяют подключить их к противоположным полюсам источника питания, в результате чего передислокация электронов из одной квантовой ямы в другую при изменении входного управляющего напряжения i на величину логического перепада приводит к соответствующему изменению выходного напряжения ои. Причем сквозной ток через двухямную структуру будет протекать только в процессе передислокации волновой функции между квантовыми ямами, т. КМОПинвертору. В стационарных состояниях общий ток будет определяться лишь токами утечки. Рис. На основе данной идеи и принципа управляемой передислокации волновых функций электронов в данной работе разработаны и исследованы конструкции интегральных логических элементов инвертора и элемента 2ИЛИНЕ, приведенные на рис. Данные элементы основаны на использовании пар расположенных друг над другом туннельносвязанных квантовых каналов собственной проводимости, управляемых общим затвором Шоттки. В случае инвертора, как показано на рис. Нижний канал представляет собой квантовую яму, более глубокую по сравнению с верхним каналом, выполненную на основе 1пСаЛя. Поэтому при нулевом входном напряжении Ул основная часть электронов проводимости активной области элемента будет сосредоточена в нижнем канале. В результате проводимость нижнего канала будет выше проводимости верхнего канала и на выходе элемента будет напряжение и0ит, близкое к напряжению питания, соответствующее логической единице. Полуизолирующий ваАБ
Рис. Рис. При этом основная часть электронов в результате туннельного эффекта переместится в область верхнего канала. Проводимость верхнего канала увеличится по сравнению с проводимостью нижнего канала, в результате чего на выходе элемента установи тся напряжение, близкое к нулю. Во избежание туннельного эффекта между легированными областями питания и нулевого потенциала, каналы топологически расположены перпендикулярно друг другг. Это позволяет разнести в пространстве легированные области питания и нулевого потенциала, как показано на рис. Использование полупроводниковой области питания с поперечным сечением в виде символа Ь, а области нулевого потенциала в виде символа Г, обеспечивает соединение области питания только с ибоЛканалом, а области нулевого потенциала только с боЛяканалом. Таким образом, каналы инвертора, в отличие от УМТ, не соединены параллельно имеют раздельные омические контакты, оба характеризуются высокой подвижностью носителей и функционируют аналогично паре 7канальных транзисторов ключевого верхний канат и нагрузочного нижний канат. Использование вертикальной интеграции и общего затвора, как показано на рис. УМТтранзистора. Методы построения многовходовых логических элементов аналогичны методам построения элементов на транзисторах с взаимодополняющими типами каналов. Например, в логическом элементе 2ИЛИНЕ, топология и структура которого приведены на рис. МпСаАзканала соединены последовательно, а два С5канала параллельно.