Download doc - fc

POSGRADO EN CIENCIAS APLICADAS
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS POTOSÍ
FACULTAD DE CIENCIAS
Av. Dr. Salvador Nava Mtz. S/N Zona Universitaria
Teléfono 826-24-91; www.fciencias.uaslp.mx
San Luis Potosí, S.L.P., México
Materia: Dispositivos y Nanotecnología
Prerrequisito sugerido:
Modalidad: Teórico
Carga horaria: 5 horas/semana
Semestre: Optativa (II o III semestre)
Elaboró: Dr. V. H. Mendez Garcia, Dr. Esteban Cruz H
Fecha: Julio de 2010
PROGRAMA
Presentación
Las nanoestructuras son importantes en gran medida por las posibles aplicaciones que estas puedan
tener en la mejora de dispositivos existentes o en la potencial aplicación en nuevas tecnologías. Las
aplicaciones potenciales de las nanoestructruras son muchas y muy variadas. En este curso se
introducirá al estudiante a algunas de ellas, cubriendo desde nano objetos aplicados hasta dispositivos
electrónicos, pasando por sistemas paramagnéticos y de almacenaje de información hasta llegar a los
sistemas optoelectrónicos.
Objetivo general
Al finalizar el curso el alumno tendrá una idea clara de la aplicación de un número importante de sistemas
nanométricos. Esto le otorgará una visión amplia de las diversas ramas de la Nanociencia y de sus
actuales aplicaciones. Se pretende que al término del curso el alumno pueda desarrollar sus propias
ideas en la generación de nuevas aplicaciones y tecnologías.
UNIDAD I. Reducción última de dispositivos electrónicos (12 horas).
OBJETIVOS PARTICULARES
El estudiante será capaz de describir los mecanismos que llevan a mejorar las propiedades de los
dispositivos electrónicos a través de la reducción de las dimensiones características de sus
componentes.
1.1 Tecnología CMOS
1.2 Escalamiento de MOSFETs
1.2.1 Principios básicos
1.2.2 Efectos de canales cortos
1.2.3 Reglas de escalamiento
1.2.4 Estado del arte de dispositivos electrónicos
1.2.5 Interconecciones
1.3 Dispositivos NanoMOS
1.3.1 Problemas específicos
1.3.2 Alternativas a los dispositivos MOSFET convencionales
UNIDAD II. Dispositivos electrónicos alternativos (12 horas).
OBJETIVO PARTICULAR
POSGRADO EN CIENCIAS APLICADAS
Al finalizar esta unidad el estudiante entenderá las ideas físicas que hay detrás de las nuevas familias de
dispositivos electrónicos y de las futuras tecnologías que se encuentran en proceso de desarrollo.
2.1 Longitudes características en componentes nanoscópicos
2.2 Dispositivos de un solo electrón
2.2.1 Ideas básicas
2.2.2 Transporte por bloqueo Coulombico
2.2.3 Uniones de doble Tunel
2.2.4 Transistores de un solo electrón
2.3 Interferencia cuántica en nanoestructuras
2.3.1 Introducción
2.3.2 Conductancia y transmisión. La fórmula de Landauer
2.3.3 Cálculo de correcciones
2.3.4 Efecto de campos magnéticos
2.3.5 Fluctuación universal de la Conductancia
2.3.6 Límites
2.4 El efecto Aharonov–Bohm
2.5 Nanoelectrónicos superconductores
2.5.1 Introducción
2.5.2 Componentes lógicos superconductores
2.5.3 Estructura y desempeño de componentes RSFQ
UNIDAD III. Electrónica Molecular. (12 horas)
OBJETIVOS PARTICULARES.
En esta unidad el estudiante revisará los procesos de diseño y fabricación de circuitos electrónicos
compuestos de nano objetos tales como nanotubos y transistores de un solo electrón.
3.1 Bloques básicos de construcción
3.2 Un poco de historia
3.3 Componentes moleculares
3.3.1 Electrodos y contactos
3.3.2 Estructuras moleculares y sus propiedades
3.3.3 Aplicaciones
3.4 Componentes basados en nanotubos
3.4.1 Transistores de Efecto de Campo
3.4.2 Transistores de un solo electrón
3.5 De componentes a circuitos
3.5.1 Técnicas de fabricación
3.5.2 Arquitectura de circuitos
UNIDAD IV. Nanomagnetismo y la electrónica del espin. (12 horas).
OBJETIVOS PARTICULARES.
Al finalizar esta unidad el estudiante tendrá una versión actualizada de los sistemas magnéticos y de los
fenómenos básicos en dispositivos espintrónicos.
4.1 Nanomagnetismo
4.1.1 Magnetostática en el Vacío
4.1.2 Magnetismo en medios materiales: Relaciones fundamentales
4.1.3 Magnetismo en medios materiales:: Aproximación continua
4.1.4 Efectos magnéticos a escalas nanométricas
POSGRADO EN CIENCIAS APLICADAS
4.1.5 Dinámicas de magnetización en nanoestructuras magnéticas
4.2 Electrónica del espin
4.2.1 Descripción
4.2.2 Origines y Mecanismos de la electrónica del espin
4.2.3 Magnetoresistencia de uniones tunel
UNIDAD V. Almacenamiento de información. (10 horas).
OBJETIVOS PARTICULARES.
El estudiante manejará algunas tecnologías en uso del almacenamiento de información en memorias del
tipo comercial. Se presentan las aplicaciones de sistemas nanométricos que mejoran el desempeño de
estas. Asimismo conocerá las nuevas tecnologías y conceptos que se encuentran actualmente en
desarrollo.
5.1 Memorias con partes móviles
5.1.1 El disco duro
5.1.2 Más allá del disco duro
5.2 Memorias sin partes móviles (MSPM)
5.2.1 Principios generales de almacenamiento en MSPM
5.2.2 Dificultades al reducir la celdas de memoria a escalas nanométricas
5.2.3 Tecnología de MSPM comerciales
5.2.4 Desarrollo de nuevos conceptos de memorias
UNIDAD VI. Optoelectrónica. (12 horas).
OBJETIVOS PARTICULARES.
El alumno adquirirá conocimientos sobre la optoelectrónica, que es la unión entre la óptica y la electrónica
con el objetivo de explotar los desarrollos tecnológicos que surgen de éstas áreas. Existen un gran
número de diferentes sistemas optoelectrónicas y de fenómenos adyacentes. En esta unidad se le
presentarán al estudiante solo las aplicaciones más avanzadas, tales como los acoples ópticos, los
puntos cuánticos semiconductores y materiales con ancho de banda fotónico.
6.1 Plamones superficiales y óptica a nanoescalas
6.1.1 Introducción
6.1.2 El Plasmón
6.1.3 Relaciones de dispersión, acoplamiento con la luz y sus aplicaciones
6.1.4 Transmisión óptica a través de aperturas nanometricas
6.1.5 Nanoparticulas metalicas
6.2 Puntos cuánticos semiconductores
6.2.1 Laseres semiconductores basados en nanoestructuras
6.2.2 Puntos cuanticos individuales
6.3 Cristales fotonicos y microcavidades
6.3.1 Introducción
6.3.2 Estructuras periódicas
6.3.3 Estructuras sin defectos
6.3.4 Estructuras con defectos
6.3.5 Perspectivas
UNIDAD VII. . Computación cuántica (10 horas).
OBJETIVOS PARTICULARES.
POSGRADO EN CIENCIAS APLICADAS
En esta unidad el estudiante hará una revisión de los conceptos básicos y del estado del arte actual de
las arquitecturas y fenómenos cuánticos detrás del presente desarrollo de futuras computadoras basadas
en fenómenos cuánticos.
7.1 Introducción
7.2 Arquitectura computacional y funciones básicas
7.2.1 Arquitectura típica de una computadora
7.2.2 Memoria
7.2.3 Interconexiones
7.2.4 Operadores
7.2.5 Consideraciones tecnológicas
7.2.6 Nanomemorias, Nano-operadores, Nanoconexiones
7.3 Ideas de nuevas arquitecturas
7.3.1 Cálculos en memorias
7.3.2 Arquitecturas reconfigurables
7.3.3 Autómatas celulares
7.3.4 Redes neurales
7.4 Ambiente computacional
7.4.1 Codificación de información
7.4.2 Tolerancia de defectos
7.4.3 perspectivas
METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
Exposición teórica (profesor) seguida de aplicaciones y ejemplos. Trabajo fuera de clase y realización de
mesas de trabajo (alumnos). Se apoyará el curso con material audiovisual.
CRITERIOS DE EVALUACION
De acuerdo al Reglamento de exámenes de la UASLP, la calificación final se obtiene del promedio de tres
exámenes parciales. La calificación de cada uno de los exámenes parciales se obtiene de la siguiente
forma: examen escrito (60 %), tareas (20 %) y participación en clase (20 %).
2. BIBLIOGRAFÍA
[1] Taur, Y., Ning, T.H.: Fundamentals of Modern VLSI Devices, Cambridge University Press (1998)
[2] Fukuyama, H., and Ando, T. (Eds.): Transport Phenomena in Mesoscopic Systems, Springer-Verlag,
Berlin (1992)
[3] Likharev, K.: Single-electron devices and their applications, Proc. IEEE 87, 606–632 (1999)
[4] Likharev, K.: Superconductors speed up computation, Physics World 10 (5), 39–43 (1997)
[5] Carter, F.L.: In 2nd Intl Symp. Molecular Electronic Devices (M. Dekker, New York, 1982) p. 149
[6] Bourgoin, J.-P.: In Interacting Electrons in Nanostructures, ed. by H.S. Schoeller and R. Haug (Springer
Verlag, Berlin, 2001)
[7] Miltat, J.: An introduction to micromagnetics in the dynamic regime. In: Spin Dynamics in Confined
Magnetic structures I , ed. by B. Hillebrands and K. Ounadjela, Springer-Verlag (2002)
[8] Cappelletti, P., Golla, C., Olivo, P., Zanoni, E.: Flash Memories, Kluwer Academic Publishers (Boston,
Dordrecht, London, 1999)
[9] Carter, F.L.: In 2nd Intl Symp. Molecular Electronic Devices (M. Dekker, New York, 1982) p. 149.
[10] Raether, H.: Surface Plasmons, Springer Tracts in Modern Physics 111, Springer Verlag, Berlin (1988)