Osoba odpowiedzialna za przedmiot: prof. dr hab. Bogdan Majkusiak, prof. dr hab. inż. Paweł Szczepański

 

Streszczenie
Cele kształcenia: Zrozumienie fizyki działania przyrządów nanoelektronicznych i fotonicznych ze szczególnym naciskiem na analogie między zjawiskami elektronowymi i fotonicznymi oraz ich wzajemne relacje.
Efekty kształcenia: analiza, modelowanie i projektowanie różnych struktur nanoelektronicznych i fotonicznych.

Treść wykładu
PODSTAWY NANOELEKTRONIKI
  • Wstęp do nanoelektroniki (2h):
  • Definicja elektroniki. Generacje elektroniki - nośniki informacji, warunki transportu, czynniki i bariery rozwoju. Definicja i odmiany nanolektroniki: zjawiska fizyczne i ośrodki. Pojęcia i wielkości charakterystyczne.
  • Falowa reprezentacja elektronu (2h):
  • Równanie Schrödingera. Funkcja falowa. Prędkość fazowa i grupowa. Prąd prawdopodobieństwa. Paczka falowa.
  • Elektron w potencjale periodycznym (2h):
  • Twierdzenie i funkcja Blocha. Przybliżenie masy efektywnej.
  • Prostokątna sieć potencjału. Struktura pasmowa kryształu i supersieci - pasma i minipasma energetyczne. Oscylacje Blocha.
  • Elektron w studni potencjału (2h):
  • Wymiarowość obszaru: płaszczyzny, druty i kropki kwantowe. Studnie kwantowe: studnia prostokątna, trójkątna, paraboliczna -kwantowy oscylator harmoniczny. Studnie sprzężone - rozszczepieniepoziomów energetycznych. Supersieć ? mimipasma energetyczne.
  • Kwantowy transport elektronu (2h): Prawdopodobieństwo przejścia. Emisja ponadbarieriowa i tunelowanie. Bariery o różnych kształtach. Bariera podwójna - tunelowanie rezonansowe. Transport rezonansowy przez supersieć. Metody obliczania prawdopodobieństwa przejścia: przybliżenie WKB, metoda macierzy przejścia.
  • Statystyki elektronów w obszarach niskowymiarowych (2h): Gęstość stanów. Koncentracja elektronów.
  • Materiały nanoelektroniki (2h): Półprzewodniki, dielektryki i metale. Hetorozłącza.
  • Prąd elektronowy (4h): Prądy termokinetyczne. Prąd w warunkach balistycznych: prąd termoemisyjny i prąd tunelowy, kwantowy kontakt punktowy, prąd tunelowy Fowlera-Nordheima. Prąd w warunkach dyfuzyjnych: mechanizmy rozpraszania, ruchliwość, równanie kinetyczne Boltzmanna, prąd dyfuzyjny i prąd dryftowy.
  • Struktury i przyrządy nanoelektroniki (2h).
  • Tranzystory jedno- i wielobramkowe MOS/SOI, z nanodrutem Si, nanorurką węglową. Dioda tunelowa MOS. Tranzystory i przełączniki tunelowe. Przyrządy z tunelowaniem rezonansowym. Tranzystory elektrono-falowe. Pamięci.
  • Elektronika pojedynczego elektronu (4h):
  • Blokada kulombowska. Oscylacje jednoelektronowe. Charakterystyka prądowo-napięciowa kulombowskiego złącza pojedynczego i podwójnego. Tranzystor, kołowrót, pompa, termometr, pamięci. Kwantowe automaty komórkowe.
  • Wstęp do spintroniki i elektroniki molekularnej (2h).
  • Trendy i nowe rozwiązania (2h).

PODSTAWY NANOFOTONIKI
  • Wstęp do nanofotoniki (2h): Definicja nanofotoniki. Kamienie milowe rozwoju. Zjawiska fizyczne i ośrodki. Pojęcia i wielkości charakterystyczne. Mechanika kwantowa a optyka falowa: analogie.
  • Reprezentacja fali elektromagnetycznej (2h): Równania Maxwella, równania materiałowe, równanie falowe, ośrodki jednorodne, niejednorodne, liniowe, nieliniowe, izotropowe, anizotropowe, propagacja fali dyspersja model (Newtona-Lorentza, elementy podejścia półklasycznego), prędkość fazowa i grupowa, wektor Poytinga, propagacja impulsów.
  • Propagacja fali elektromagnetycznej w ośrodkach nieliniowych (2h): Ośrodki z nieliniowością drugiego rzędu i trzeciego rzędu, opis wybranych zjawisk nieliniowych rezonansowych i nierezonansowych.
  • Propagacja fali w strukturach periodycznych - kryształy periodyczne (2h): Pojęcie kryształu fotonicznego, fale Blocha i struktura pasmowa w jedno, dwu i trójwymiarowych kryształach fotonicznych, defekty, lokalizacja pola, prędkość fali w strukturach periodycznych (wolne fotony), efekty nieliniowe w strukturach periodycznych, defekty punktowe i liniowe.
  • Izomorfizm równań Schro-dingera i Helmholtza (1h): Odbicie, lokalizacja światła, pułapkowanie (efekt falowodowy), tunelowanie - superluminescencja.
  • Struktury niskowymiarowe (1h): Mody szepczące, fotoniczne kropki, fotoniczne