Nanotechnologie und Nanoelektronik

Institut für Festkörperelektronik | Wintersemester 2021 / 2022 Nanotechnologie und Nanoelektronik

Nanotechnologie und Nanoelektronik

Die Mikro- und Nanoelektronik befindet sich aktuell im Umbruch. Das Moore'sche Gesetzt verliert zunehmend seine Gültigkeit; gleichzeitig kommen neue Materialien, Fertigungsverfahren und Gerätekonzepte für nanoskalige elektronische Systeme auf. Viele davon stehen noch an der Schwelle zur Marktreife, werden jedoch die Zukunft der Branche prägen. Höchste Zeit also, sich mit den Grundlagen der Nanotechnologie und Nanoelektronik sowie ausgewählten Anwendungen vertraut zu machen.

Die Vorlesung ist in zwei zentrale Teile gegliedert. Im ersten Teil "Nanotechnologie" wird zunächst ein Überblick über die Physik auf der Nanoskala, das Skalierungsverhalten verschiedener physikalischer Größen sowie die quantenmechanischen Grundlagen gegeben. Inhaltlich sind folgende Punkte vorgesehen:

Einführung (Begriffsklärung, Einordnung nanoskaliger Systeme, Historische Entwicklung der Nanotechnologie, Erwartungen an und Ängste vor der Nanotechnologie)

Physik auf der Nanometerskala (Verhalten ausgewählter physikalischer Größen, Oberflächen auf der Nanoskala, Die Frage der Reibung / Künstliche Nanomaschinen)

Quantenmechanische Grundlagen der Nanotechnologie (Grundlegende Konzepte der Quantenmechanik, Teilchen im Kastenpotential, Tunneleffekt, Heisenbergsche Unschärferelation)

 

Der erste Teil setzt fort mit Konzepten zur Erzeugung von Nanostrukturen und deren Charakterisierung:

Erzeugung von Nanostrukutren (u.a. Lithografie unterschiedlichster Ausprägung (optisch, Elektronen-, Ionen-, Interferenz- und Nanoimprint-Lithographie), atomic layer deposition, Bottom-up-Verfahren (Kristallwachstum, Langmuir-Blodgett-Technik, Mizell-Lithographie), chemische Synthese und Schlüssel-Schloss-Prinzip, Rastersonden-basierte Verfahren)

Charakterisierung von Nanostrukturen (Optische Mikroskopie, Elektronenmikroskopie, Rastersondenmikroskopie)

 

Im zweiten Teil liegt der Fokus auf dem Einsatz von Nanostrukturen im Bereich der Nanoelektronik. Betrachtet werden hier elektronische Effekte, welche ausschließlich in kleinen Dimensionen bzw. bei kleinen Ladungszahlen auftreten. Auch hier werden zunächst die Grundlagen besprochen. Zuletzt widmet sich dieser Teil dem Effekt kollektiver Ladungsträgerschwingungen (Plasmonen) in Metallen.

Grundlagen der Nanoelektronik (Zustandsdichten in 0,1, 2 und 3 Dimensionen, nanoskalige Kontakte, Stromfluss durch ein (organisches) Quantenpunktsystem, Quantisierung der Leitfähigkeit, Stromfluss durch einen Nanodraht, ballistischer Elektronentransport)

Materialien der Nanoelektronik (Nanodrähte aus underschiedlichen (organischen) Materialien, Fullerene, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen)

Nanoelektronische Bauelemente (Ballistische Transistoren, halbleitende Nanodrähte und deren Anwendungen, Einzelelektronen-Transistor)

Plasmonische Eigenschaften metallischer Nanostrukturen (Propagierende und lokalisierte Oberflächenplasmonen, Anwendungen)

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