Наноэлектроника. Что это такое и как она работает?

Область электроники, занимающаяся разработкой технологических и физических основ построения интегральных электронных схем с размерами элементов менее 100 нанометров, называется наноэлектроникой. Сам термин наноэлектроника отражает переход от микроэлектроники современных полупроводников, где размеры элементов измеряются единицами микрометров, к более мелким элементам — с размерами в десятки нанометров.

Наноэлектроника

С переходом к наноразмерам, в схемах начинают доминировать квантовые эффекты, открывающие множество новых свойств, и, соответственно, знаменующие собой перспективы их полезного использования. И если для микроэлектроники квантовые эффекты зачастую оставались паразитными, ведь например с уменьшением размера транзистора его работе начинает мешать туннельный эффект, то наноэлектроника напротив — призвана использовать подобные эффекты как основу для наногетероструктурной электроники.

Каждый из нас ежедневно пользуется электроникой, и наверняка многие люди уже замечают некоторые однозначные тенденции. Память в компьютерах увеличивается, процессоры становятся производительнее, размеры устройств уменьшается.

С чем это связано?

Уменьшение размеров разных устройств

В первую очередь — с изменением физических размеров элементов микросхем, из которых все электронные устройства по сути и строятся. Хоть физика процессов остается на сегодняшний день приблизительно такой же, размеры устройств становятся все меньше и меньше. Крупный полупроводниковый прибор работает медленнее и потребляет больше энергии, а нанотранзистор — и работает быстрее, и энергии потребляет меньше.

Известно, что все вещественные тела состоят из атомов. И почему бы электронике не достичь атомного масштаба? Эта новая область электроники позволит решать такие задачи, которые на обычной кремниевой базе просто принципиально невозможно решить.

Монослойные материалы

Большой интерес вызывает сейчас графен и подобные ему монослойные материалы (смотрите статью — Графеновые аккумуляторы. Перспективы практического применения графена). Такие материалы в один атом толщиной обладают замечательными свойствами, которые можно комбинировать для создания различных электронных схем.

Например технологии связанные с зондовой микроскопией позволяют строить на поверхности проводника в сверхвысоком вакууме разнообразные структуры из отдельных атомов, просто переставляя их. Чем не основа для создания одноатомных электронных устройств?

Нано-процессор

Манипуляции веществом на молекулярном уровне уже затронули многие отрасли промышленности, не обошли они и электронику. Микропроцессоры и интегральные микросхемы строятся именно так. Ведущие страны вкладываются в дальнейшее развитие данного технологического пути — чтобы переход на наноуровень происходил быстрее, шире, и совершенствовался бы далее.

Кое-какие успехи, кстати уже достигнуты. Intel в 2007 году заявила, что процессор на базе структурного элемента размером в 45 нм разработан (представили VIA Nano) и следующим шагом будет достичь 5 нм. IBM собираются добиться 9 нм благодаря графену.

Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки (графен), это один из наиболее перспективных наноматериалов для электроники. Они позволяют не только уменьшить размеры транзисторов, но и придать электронике поистине революционные свойства, как механические, так и оптические. Нанотрубки не задерживают свет, подвижны, сохраняют электронные свойства схем.

Особенно творческие оптимисты уже предвкушают создание портативных компьютеров, которые можно будет словно газету достать из кармана, или носить в виде браслета на руке, и по желанию как газету развернуть, и весь компьютер будет словно раскладной сенсорный экран высокого разрешения толщины бумаги.

Квантовомеханический эффект сверхвысокого магнитного сопротивления

Эффект сверхвысокого магнитного сопротивления

Еще одна перспектива для приложения нанотехнологий и применения наноматериалов — разработка и создание жестких дисков нового поколения. Альберт Ферт и Питер Грюнберг в 2007 году получили нобелевскую премию за открытие квантовомеханического эффекта сверхвысокого магнитного сопротивления (GMR-эффекта), когда тонкие пленки металла из чередующихся проводящих и ферромагнитных слоев значительно изменяют свое магнитное сопротивление при изменении взаимного направления намагниченности.

Управляя при помощи внешнего магнитного поля намагниченностью структуры, можно создавать настолько точные датчики магнитного поля, и осуществлять такую точную запись на носитель информации, что ее плотность хранения достигнет атомарного уровня.

Плазмотроника

Плазмотроника

Не обошла наноэлектроника и плазмотронику. Коллективные колебания свободных электронов внутри металла имеют характерную длину волны плазмонного резонанса порядка 400 нм (для частицы серебра размером 50 нм). Развитие наноплазмоники, можно считать, началось в 2000 году, когда ускорился прогресс в совершенствовании технологии создания наночастиц.

Оказалось, что передавать электромагнитную волну можно вдоль цепочки металлических наночастиц, возбуждая плазмонные осцилляции. Такая технология позволит внедрить в компьютерную технику логические цепочки, способные работать намного быстрее, и пропускать больше информации, чем традиционные оптические системы, причем размеры систем будут значительно меньше принятых оптических.

Развитие наноэлектроники в современном мире

Лидерами в области наноэлектроники, и электроники вообще, сегодня являются Тайвань, Южная Корея, Сингапур, Китай, Германия, Англия и Франция.

Самую современную электронику производят сегодня в США, а самый массовый производитель высокотехнологичной электроники — Тайвань, благодаря инвестициям японских и американских компаний.

Китай — традиционный лидер в сфере бюджетной электроники, но и здесь ситуация постепенно меняется: дешевая рабочая сила привлекает инвесторов от высокотехнологичных компаний, которые планируют наладить в Китае свои нанопроизводства.

Хороший потенциал есть и у России. База в области СВЧ, излучательных структур, фотоприемников, солнечных батарей и силовой электроники позволяет в принципе создавать наукограды наноэлектроники и развивать их.

Этот потенциал требует экономических условий и организации для проведения фундаментальных исследований и научных разработок. Все остальное есть: технологическая база, перспективные кадры и научная квалифицированная среда. Необходимы лишь крупные инвестиции, а это зачастую оказывается ахиллесовой пятой…

Источник

Специальность «Электроника и наноэлектроника» (бакалавриат)

Электроника и наноэлектроника

Степень: Академический бакалавр

Наиболее распространенные экзамены при поступлении:

Содержание

Электроника и ее разновидности (квантовая, оптическая, промышленная и др.) является очень востребованной специальностью на сегодняшний день и будет иметь большие перспективы в будущем. Без нее невозможна работа автомобилей, бытовой техники и даже наружной рекламы. Специальность 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» позволяет изучить принципы работы электронных устройств и систем, применяемых во всех сферах жизни. К списку изучаемых относятся системы сбора и обработки данных, системы силовой электроники и управления различными технологическими процессами. Также изучаются способы создания квантовых усилителей, светодиодных излучателей, лазеров и прочего. Применить свои знания можно во многих отраслях науки, вплоть до медицины.

Условия поступления

Для того чтобы поступить в высшее учебное заведение, абитуриенту следует узнать, какие предметы сдавать. Выпускнику школы нужно сдать:

Также по усмотрению вуза могут проводиться экзамены по иностранным языкам, химии или информатике.

Сфера деятельности выпускника

Обучение на данной специальности включает детальное изучение методов и средств деятельности человека, направленной на все виды исследований, а также на моделирование (математическое либо компьютерное). Бакалавр научится разбираться в способах конструирования, проектирования и в технологиях производства. Учащийся сможет в полной мере эксплуатировать электронные устройства, их компоненты и материалы, из которых они изготовлены. В процессе обучения студент овладеет навыками использования вакуумной, плазменной, оптической и иной нанотехники различного функционального назначения.

Где обучаться

Ниже перечислены некоторые вузы Москвы, в которых осуществляется подготовка по данной специальности:

На сегодняшний день в Российской Федерации существует порядка 70 учебных заведений, в которых можно изучать дисциплины направления специальности «Электроника и наноэлектроника».

Срок обучения

Сроки зависят от формы обучения студента. На очной срок составляет 4 года, а на заочной, вечерней или смешанной форме время получения образования будет равно 5 годам.

Какие дисциплины будут изучаться

Обучение на специальности требует от студента прохождения курса следующих учебных предметов:

Чему научат в вузе

Студенты в процессе получения образования овладеют большим количеством знаний и умений. Выпускник вуза сможет:

Знания и умения, которые будут приобретены студентом в вузе, позволят ему стать специалистом в своей отрасли и успешно реализовать себя в любой сфере деятельности.

Кем работать после окончания вуза

По окончании обучения выпускник сможет посвятить себя науке или выбрать любую профессию по специальности. Он сможет заниматься различными исследованиями в области электроники и наноэлектроники. Есть возможность сотрудничества с научными и исследовательскими центрами, участия в разработках и в производстве. Оно организовано, в частности, на заводах, которые занимаются выпуском различных электронных устройств.

Любая техническая профессия на сегодняшний день в России является дефицитной, поэтому трудоустройство выпускников будет успешным. Постоянно открываются новые заводы крупных мировых представителей, а также набирает популярность собственное производство. В начале карьеры электронщик сможет зарабатывать, в среднем, до 20 тысяч рублей. За несколько лет работы оклад можно увеличить в 2-3 раза. Специалисты востребованы не только в РФ, но и заграницей.

Почему стоит поступить на магистратуру

Есть несколько причин, почему стоит продолжить обучение в магистратуре, к ним относятся:

повышенный спрос среди работодателей – уровень знаний, полученный на магистратуре, высоко ценится на современном рынке труда;
большое количество бюджетных мест;
возможность стажировки заграницей, программы обмена студентами;
есть подготовительные программы для поступающих.

Магистратура предоставляет широкие возможности и позволит студенту в разы увеличить объем своих знаний и умений. Это, в свою очередь, даст возможность успешно реализовать себя в науке или построить успешную карьеру. В дальнейшем студент получает возможность поступить в аспирантуру.

Источник

Карьера и зарплаты выпускников специальности «Электроника и наноэлектроника» (11.03.04, бакалавриат) в России

средняя цена обучения (год)

Зарплаты выпускников после окончания специальности Электроника и наноэлектроника в вузах России

Средняя зарплата выпускников специальности в России: 29822 рублей/месяц.

Кем работать

После получения диплома выпускники могут устроиться:

Эти вакансии предлагают НИИ и лаборатории. Также выпускники востребованы на предприятиях, занимающихся изготовлением высокотехнологичной электронной продукции и использующих ее в производстве. Прежде всего это отрасль радиоэлектроники, исследование космоса, медицинская техника, высокоточные приборы и пр. Также полученные знания позволяют реализовать себя в смежных сферах, например, программистами.

Перспективы

Электроника прочно вошла во все сферы жизни – от бытовых приборов до высокотехнологичного оборудования. Поэтому специалисты, которые способны разрабатывать новые устройства и установки востребованы не только в России, но и за рубежом. Квалифицированные специалисты могут без труда получить рабоут как на производстве, так и в научных лабораториях, исследовательских центрах, конструкторских бюро.

С точки зрения зарплатных и карьерных перспектив наиболее привлекательно выглядят крупные научные центры, занимающиеся разработкой новейшего оборудования, и крупные предприятия, производящие электронные приборы. Однако они есть не в каждом городе, поэтому если специалист нацелен на развитие, может потребоваться переезд в другой регион.

Карьера по специальности Электроника и наноэлектроника — вузы России

Очень важно понимать, что ваша карьера во многом зависит от вас. Итоговый результат зависит от того, как вы сможете применить свои знания. Если вы хотите посмотреть карьеры по другим специальностям, то перейдите в каталог специальностей России или посмотрите полный список профилей, а также загляните в каталог профессий.

Источник

Что такое наноэлектроника и как она работает

С переходом к наноразмерам, в схемах начинают доминировать квантовые эффекты, открывающие множество новых свойств, и, соответственно, знаменующие собой перспективы их полезного использования. И если для микроэлектроники квантовые эффекты зачастую оставались паразитными, ведь например с уменьшением размера транзистора его работе начинает мешать туннельный эффект, то наноэлектроника напротив — призвана использовать подобные эффекты как основу для наногетероструктурной электроники.

Каждый из нас ежедневно пользуется электроникой, и наверняка многие люди уже замечают некоторые однозначные тенденции. Память в компьютерах увеличивается, процессоры становятся производительнее, размеры устройств уменьшается. С чем это связано?

Известно, что все вещественные тела состоят из атомов. И почему бы электронике не достичь атомного масштаба? Эта новая область электроники позволит решать такие задачи, которые на обычной кремниевой базе просто принципиально невозможно решить.

Например технологии связанные с зондовой микроскопией позволяют строить на поверхности проводника в сверхвысоком вакууме разнообразные структуры из отдельных атомов, просто переставляя их. Чем не основа для создания одноатомных электронных устройств?

Манипуляции веществом на молекулярном уровне уже затронули многие отрасли промышленности, не обошли они и электронику. Микропроцессоры и интегральные микросхемы строятся именно так. Ведущие страны вкладываются в дальнейшее развитие данного технологического пути — чтобы переход на наноуровень происходил быстрее, шире, и совершенствовался бы далее.

Кое-какие успехи, кстати уже достигнуты. Intel в 2007 году заявила, что процессор на базе структурного элемента размером в 45 нм разработан (представили VIA Nano) и следующим шагом будет достичь 5 нм. IBM собираются добиться 9 нм благодаря графену.

Углеродные нанотрубки (графен) — один из наиболее перспективных наноматериалов для электроники. Они позволяют не только уменьшить размеры транзисторов, но и придать электронике поистине революционные свойства, как механические, так и оптические. Нанотрубки не задерживают свет, подвижны, сохраняют электронные свойства схем.

Особенно творческие оптимисты уже предвкушают создание портативных компьютеров, которые можно будет словно газету достать из кармана, или носить в виде браслета на руке, и по желанию как газету развернуть, и весь компьютер будет словно раскладной сенсорный экран высокого разрешения толщины бумаги.

Еще одна перспектива для приложения нанотехнологий и применения наноматериалов — разработка и создание жестких дисков нового поколения. Альберт Ферт и Питер Грюнберг в 2007 году получили нобелевскую премию за открытие квантовомеханического эффекта сверхвысокого магнитного сопротивления (GMR-эффекта), когда тонкие пленки металла из чередующихся проводящих и ферромагнитных слоев значительно изменяют свое магнитное сопротивление при изменении взаимного направления намагниченности.

Управляя при помощи внешнего магнитного поля намагниченностью структуры, можно создавать настолько точные датчики магнитного поля, и осуществлять такую точную запись на носитель информации, что ее плотность хранения достигнет атомарного уровня.

Не обошла наноэлектроника и плазмотронику. Коллективные колебания свободных электронов внутри металла имеют характерную длину волны плазмонного резонанса порядка 400 нм (для частицы серебра размером 50 нм). Развитие наноплазмоники, можно считать, началось в 2000 году, когда ускорился прогресс в совершенствовании технологии создания наночастиц.

Оказалось, что передавать электромагнитную волну можно вдоль цепочки металлических наночастиц, возбуждая плазмонные осцилляции. Такая технология позволит внедрить в компьютерную технику логические цепочки, способные работать намного быстрее, и пропускать больше информации, чем традиционные оптические системы, причем размеры систем будут значительно меньше принятых оптических.

Лидерами в области наноэлектроники, и электроники вообще, сегодня являются Тайвань, Южная Корея, Сингапур, Китай, Германия, Англия и Франция.

Самую современную электронику производят сегодня в США, а самый массовый производитель высокотехнологичной электроники — Тайвань, благодаря инвестициям японских и американских компаний.

Китай — традиционный лидер в сфере бюджетной электроники, но и здесь ситуация постепенно меняется: дешевая рабочая сила привлекает инвесторов от высокотехнологичных компаний, которые планируют наладить в Китае свои нанопроизводства.

Хороший потенциал есть и у России. База в области СВЧ, излучательных структур, фотоприемников, солнечных батарей и силовой электроники позволяет в принципе создавать наукограды наноэлектроники и развивать их.

Этот потенциал требует экономических условий и организации для проведения фундаментальных исследований и научных разработок. Все остальное есть: технологическая база, перспективные кадры и научная квалифицированная среда. Необходимы лишь крупные инвестиции, а это зачастую оказывается ахиллесовой пятой.

Источник

Электроника и наноэлектроника

Профиль
Структура и свойства материалов электроники и наноэлектроники

О чём эта специальность: студенты учатся не только проектировать, создавать и эксплуатировать приборы и устройства электроники и наноэлектроники, но и проводить исследования, разрабатывать и применять методы нанодиагностики.

Сегодня наноэлектроника − одна из наиболее высокотехнологичных и быстроразвивающихся областей производства. Создание новых приборов невозможно представить без применения новых материалов.

Как проходит обучение: среди специальных дисциплин студенты изучают физику твердого тела и наноструктур, твердотельную электронику, информационные технологии, технологию и физику приборов, микро- и наноэлектронику, схемотехнику.

Программа обучения предусматривает учебную, производственную и преддипломную практики.

Практика проходит на базе кафедр Физико-технического института, в учебных и научных лабораториях, Наноцентре ПетрГУ, а также в Карельском научном центре Российской академии наук, АО «Атомэнергомаш», ООО «Литейный завод «Петрозаводскмаш» и других предприятиях г. Петрозаводска.

Выездная практика проводится в профильных организациях, расположенных вне г.Петрозаводска. Возможные места проведения выездной практики: группы профильных организаций Республики Карелия, РФ, например, ОАО «Кондопога», АО «ДжиЭс-Нанотех» (г. Гусев, Калининградской области) и др.

Какой диплом студент получит: диплом бакалавра по направлению подготовки 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника», профиль «Структура и свойства материалов электроники и наноэлектроники».

Трудоустройство: выпускники работают инженерами-электрониками, инженерами-физиками, материаловедами, инженерами электронной техники как на предприятиях г. Петрозаводска и Карелии, так и в других регионах РФ. Примерами таких предприятий могут служить ОАО «АЭМ-технологии», ООО «Литейный завод «Петрозаводскмаш» и др.

Дальнейшее обучение: выпускники могут продолжить обучение в магистратуре ПетрГУ по профилю «Физическое материаловедение в электронике» (направление подготовки 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника»).

Дополнительные возможности для студента: обучающиеся проходят практику и стажировки как на предприятиях в г. Петрозаводске, так и профильных предприятиях Республики Карелия и РФ. Студенты направления участвуют и побеждают в конкурсе «УМНИК», становятся победителями конкурсов на получение стипендий Президента Российской Федерации, Правительства Российской Федерации, Республики Карелия, ОАО «АЭМ-технологии».

Подать документы

Суперсервис «ПОСТУПАЙ В ВУЗ ОНЛАЙН» на портале «Госуслуги».

ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЧТА приемной комиссии: отправить документы на адрес abit@petrsu.ru согласно инструкции (тема письма «Заявление о приеме_ваша фамилия«).

ПОЧТОВАЯ СВЯЗЬ общего пользования: отправить документы в приемную комиссию по Почте России.

ПРИНЕСТИ ДОКУМЕНТЫ лично поступающим или доверенным лицом в приемную комиссию.

Буклет

Дисциплины по выбору
nl2br($model->ELECTIVE_COURSES)

Учебный план

Аннотация

Дисциплины

Вступительные испытания, мин. балл

Обязательно:
математика: 39
русский язык: 40

+ 1 на выбор:
физика: 39
или
информатика и ИКТ: 44

очная форма
Общий конкурс: 27
Особая квота: 3
На договорной основе: 5

Источник