Nanoelektronika Mihály György

Műegyetem - KutatóegyetemNanofizika, nanotechnológia és anyagtudomány 2011. június 21.

Nanoelektronika

Mihály György

Műegyetem - KutatóegyetemNanofizika, nanotechnológia és anyagtudomány

Útközben A BME kutatóegyetemi pályán


Nanoelektronika

Spintronika

Hibrid nanoszerkezetek

Nanoelektronikai eszközök

Spin-polarizált transzport

Spin-qbit kísérlet

Kvantum információ elmélet

Komplex mágneses szerkezetek

Mágneses optikai spektroszkópia

GMR kísérlet és elmélet

Molekuláris elektronika

Szén nanoszerkezetek

Félvezető nanocsővek

Nanoszenzorok fejlesztése

Napelemek antireflexiós rétege

Nano-kompozit anyagok minősítés

- memrisztor

- grafén


A hiányzó áramköri elem

dQ Idtd Vdt

Resistor

( )dU R I dICapacitor

( )dQ C U dU

Inductor

( )d L I dI

I Q

V

Ф

( ) ( ) ( )U t M Q I t

Memristor

( )d M Q dQ

Leon O. Chua, IEEE Trans. Circuit Theory 18, 507 (1971)


„The missing memristor found”D.B. Strukov, G.S. Snider, D.R. Stewart, S.R. Williams, Nature 453, 80 (2008)

Vezető csatornák kialakulása és lebomlása – rezisztív kapcsoló

Pt

TiOx

Pt

Á

ram

(m

A)

Feszültség (V)


Pt

TiOx

Pt

Feszültség (V)

Vezető csatorna - ionok migrációja nanométeresméretskála

50 nm

Á

ram

(m

A)

R. Waser et al., Adv.Mater 21, 2632 (2009)

D.B. Strukov, G.S. Snider, D.R. Stewart, S.R. Williams, Nature 453, 80 (2008)

„The missing memristor found”


Keresztező vezetékek

„Crossbar” technológia

„analóg” memóriaelem

50 nm



Rezisztív RAM (RRAM)

HP laboratoriesDynamical nanocrossbars

50 nm


„The missing memristor found”

Vezető csatornák kialakulása és lebomlása – „analóg” memória

Feszültség (V)

Á

ram

(m

A) Pt

TiOx

Pt

Á

ram

(m

A)

Feszültség (V)



„Biological-scale intelligent machines”

DARPA SyNAPSE Program2009-2014, 4.900.000 USD

Célkitűzés:

106 memórialem/cm2

1010 kapcsolat/cm2

100 mW/cm2

Emberi agy:

106 neuron/cm2

1010 szinapszis/cm2

2 mW/cm2

10.000 CPU

1000 W

CPU Emberi agy RRAM

Tranzisztor Neuron Memristor

3terminal

2szinapszis

2terminal

digitáliseltérő

erősséganalóg

kicsi

gyors

?

Neurális hálózatHP szabadalom


A.Geresdi, A.Halbritter, A.Gyenis P.Makk, G.Mihály, Nanoscale 3, 1504 (2011)

Kontaktus méret: egyetlen atom 100 nm

Kémiai maratással hegyezett tű (W vagy Pt/Ir)

Pont-kontaktus memrisztor – NNA P1

AgAgSx

W

Minta: 80nm Ag réteg, S-kezelt felület Si/SiO2 hordozó

MTA RMKIegyüttműködés

Tanczikó Ferec – MBE Szilágyi Edit – RBS




22

41(1 )

3 2m

m dN l

N

lR Z

G d d

nmlm 12m 8102.7

i

iTh

eG

22


AgAgSx

W

Minta: 80nm Ag réteg, S-kezelt felület Si/SiO2 hordozó





Feszültség –áram karakterisztika


Ag/AgSx/W



Feszültség –áram karakterisztika

eAg

Ag

SAg

me

2

)(2

)(

2

Vezető Ag ion-csatornák

Több tízezer karakterisztika analízise

megbízható működés érhető el 3 nm-es kontaktussal is


Ag/AgSx/W



Több tízezer karakterisztika analízise

megbízható működés érhető el 3 nm-es kontaktussal is

Feszültség –áram karakterisztika„analóg”memória elem

20ON

OFF

R

R

Vküszöb


Ag/AgSx/W



A.Geresdi, A.Halbritter, E. Szilágyi, G.Mihály, MRS Conf. San Francisco, 2011

félvezető memrisztor

20ON

OFF

R

R

Shottky-gát



A.Geresdi, A.Halbritter, E. Szilágyi, G.Mihály, MRS Conf. San Francisco 2011

T= 300K T= 4 K

AgAgSx

W

A memrisztor katakterisztika jellege nem változik

szobahőmérséklet és cseppfolyós hélium hőmérséklete között

Ag/AgSx/W


Kis keresztmetszet - fémes memrisztor


Grafén nanoelektronika – NNA P1

Tóvári Endre MSctémavezető: Csonka Szabolcs

MTA MFA együttműködés

Biró László PéterNeumann Péter


Grafén – mintaelőállítás

V

VH

I+B

grafén lapka felhelyezése SiO2 hordozóra

elektronsugaras litográfia – védőmaszk

plama marás, 300 °C-os tisztító hőkezelés

vezetékek maszkolása és növesztése (molekulasugaras epitaxia: 5nm Cr, 60 nm Au)

MTA MFA

V

VH

I+B


1 dimenziós ideális fém

Elektronállapotok hullámfüggvénye

22

2m

Ln

2

k

2

expexpsin

ikrikrkr

L

2k

m

kk 2

2

k

kp -k +k

Schrödinger

ikra exp


1 dimenziós ideális fém

V2

I2

h

e

kFk

F

L

2

eV

21

2LeV

Ln

m

kneneI

v

Áram

elektronok száma

k

k

m

kk 2

2

vezetőképesség kvantum

Szabadon terjedő elektronok vezetőképessége egy univerzális állandó


2

1ncn

3 dimenzió

Állapotsűrűség

növekvő B

En

erg

ia

εF

m

eB

2d ideális fém mágneses térben

B

2

e

mr

1r

2rLandau-nívók

c


2

1ncn

3 dimenzió

1r

2r

2d ideális fém mágneses térben

En

erg

iaεF

cA szabadon terjedő

elektronok egyirányban

körbepattognak a falon.

Állapotsűrűség

Landau-nívók


h

enxy

22

Kvantum Hall effektus

1r

2r

+eV

+eV+eV

Nobel-díj1985 - Klaus von Klitzing

1998 - R. Laughlin, H. Strömer, D. Tsui

Anyaggal való kölcsönhatás nélkül,

szabadon terjedő elektronok


Kvantum Hall effektus grafén mintán E. Tóvári, MSc dissertation


h

exy

2

Kvantum Hall effektus grafén mintán E. Tóvári, MSc dissertation


,...10,6,2

2

h

exy

Kvantum Hall effektus grafén mintán

V

VH

I+B

E. Tóvári, MSc dissertation


Nanoelektronika

Spintronika

Hibrid nanoszerkezetek

Nanoelektronikai eszközök

Spin-polarizált transzport

Spin-qbit kísérlet

Kvantum információ elmélet

Komplex mágneses szerkezetek

Mágneses optikai spektroszkópia

GMR kísérlet és elmélet

Molekuláris elektronika

Szén nanoszerkezetek

Félvezető nanocsővek

Nanoszenzorok fejlesztése

Napelemek antireflexiós rétege

Nano-kompozit anyagok minősítés

- memrisztor

- grafén


Nanoelektronika - 2 új eredmény

Néhány nanométeres memrisztor előállítása Kapcsolás fémes értékek között

AgAgSx

W

Grafén áramkör előállítása,töltéshordozó koncentrációkontrollja kapufeszültséggel Kvantum Hall effektus kimutatása grafénben

Documents

Nanoelektronika Mihály György