آموزش نانوالکترونیک ۱ – جامع و با مفاهیم کلیدی + گواهینامه

بدون تردید یکی از مهم‌ترین دستاوردهای بشری اکتساب فناوری، ساخت ادوات نیمه‌هادی است. با اختراع اولین ترانزیستور در آزمایشگاه Bell در آمریکا و به دنبال آن ساخت رایانه‌های شخصی، یکی از بزرگترین انقلاب‌ها در تاریخ بشر، رخ داده است. از آن هنگام تاکنون، فناوران و دانشمندان به دنبال کوچک‌‌سازی المان پایه مدارهای مجتمع (ICها) یعنی ترانزیستور هستند تا بتوانند سرعت پردازش را هم‌زمان با کاهش هزینه‌های ساخت و اتلاف انرژی، افزایش دهند. امروزه با تولید انبوه ترانزیستورهای فلز-اکسید-نیمه‌رسانا (ماسفت) که طول گیت آن‌ها در حدود نانومتر است، تعداد انبوهی از این المان‌های پایه بر روی یک مدار مجتمع قرار می‌گیرند اما به دلایل محدودیت‌های اعمالی توسط علم فیزیک و فناوری ساخت، کوچک‌‌سازی به اندازه‌های پایین‌تر، موجب افزایش هزینه‌های ساخت و اتلاف انرژی در تراشه می‌شود، از این رو، یکی از راهکارهای فناوران و دانشمندان، استفاده از مواد جدید در مقیاس نانومتر است که با تلفیق با فناوری‌های موجود، باعث غلبه کردن بر این محدودیت‌ها می‌شود. در درس نانوالکترونیک که در واقع در آن ترابرد کوانتومی مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرد، ترابرد بار و اسپین در این ادوات نانومقیاس توضیح داده شده است تا دانشجویان رشته نانوالکترونیک پس از آشنایی با تکنیک‌های تنگ بست (Tight Binding) و نظریه تابع چگالی (Density Functional Theory)، قادر به طراحی و محاسبه عملکرد این ادوات به ازای شرایط مرزی اعمالی باشند. شاید بتوان گفت که امروزه طراحی ادوات معمول گذشته با استفاده از نرم‌افزارهای موجود مانند کیدنس (Cadence) و کانورتر (Converter) یک تکنیک و مهارت محسوب می‌شود. از این رو، کسب دانش نانوالکترونیک برای دانشجویان و مشتاقان کسب علم و فناوری‌های روز در زمینه ادوات، یک ضرورت اجتناب‌ناپذیر است تا بتوانند همگام با جهان پیشرفته، در این زمینه به مطالعه و تحقیق پرداخته و در پیشرفت علم و توسعه فناوری ادوات جدید، مشارکت تاثیرگذاری داشته باشند. در این فرادرس، نحوه محاسبه جریان بار و اسپین در ادوات نانومقیاسی آموزش داده می‌شود که در آن‌ها از مواد دوبعدی استفاده شده است. این آموزش از آن جهت اهمیت دارد که در روند کنونی توسعه فناوری ساخت ادوات نیمه‌هادی، تلفیق فناوری CMOS با مواد دوبعدی، یکی از رویکردهای اصلی است و عدم آشنایی با نحوه محاسبه جریان در اینگونه ادوات، امکان پژوهش و تحقیقات در این زمینه را از دانشجویان می‌گیرد. هدف از یادگیری این آموزش، افزایش توانمندی دانشجویان در انجام پژوهش، در زمینه ترابرد بار و اسپین در ادوات نانومقیاس است.

فرادرس

حمیدرضا سیم چی