Read the book: «Наноэлектроника, наноэнергетика, наносхемы, наносистемы — технологии атомарных размеров (без чубайсятины)..»
Содержание
Михаил Валерьевич Степанов, Жанна Валерьевна Соколова
МОСКВА, 2026.
Степанов М.В., Соколова Ж.В., Сквозное проектирование и изготовление 3D наносхем и 3D наносистем, как законченных изделий, на цифровых нанофабриках. Применение нейронных сетей для расчёта и оптимизации 2D/3D топологий наносхем на базе квантовых клеточных автоматов. — Москва, 2026 — 300 с.
Описывается современное состояние некоторых разработок в области нанотехнологий. Ключевой особенностью будущих 3D функциональных наносистем, вероятно, будет проектирование и изготовление в одном нанотехнологическом цикле законченного изделия. Это значит совмещение на одной подложке не только логических цифровых наносхем (на базе квантовых клеточных автоматов — Quantum Cellular Automata — QCA), но сенсоров разного рода, например, искусственных сетчаток, реализующих первичную обработку видеосигнала (инвариантность к уровню освещения), а также генераторов и аккумуляторов электроэнергии — выпрямителей электромагнитных волн на базе ректенн, 2D/3D массивов наноразмерных магнитогазодинамических генераторов (МГД) генерирующих электричество на основе силы Ампера при механическом движении от ветра заряженных частиц (диполей O2, O3, H2O, CO, CO2, N2 и прочих составляющих атмосферы), а также суперконденсаторов на базе 2D/3D массивов вертикально ориентированных массивов углеродных нанотрубок (УНТ), распределённых по поверхности 2D/3D массивов инжекционных нанодвижителей для БПЛА, НПЛ, БЭК, НРТК. Сквозное проектирование и изготовление в едином нанотехнологическом цикле на одной подложке 3D функциональных наносистем возможно в многокластерных нанотехнологических установках (МКНТУ) — цифровых нанофабриках.
Михаил Валерьевич Степанов, Жанна Валерьевна Соколова.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ КВАНТОВЫЕ ОСНОВЫ НАНОТЕХНОЛОГИИ
Глава 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХ И 2D/3D ТОПОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ УПРАВЛЯЮЩИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ НАНОСХЕМ НА ОСНОВЕ КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫХ ЭФФЕКТОВ
Глава 3. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ НАНОСИСТЕМ НА ОСНОВЕ КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫХ ЭФФЕКТОВ
Глава 4. СТРУКТУРА НАНОКОМПИЛЯТОРА (САПР НЭ) ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И СКВОЗНОЙ РАЗРАБОТКИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ НАНОСИСТЕМ, УПРАВЛЯЮЩИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ НАНОСХЕМ И СИСТЕМ НА ИХ ОСНОВЕ СОПРЯЖЁННОГО С МКНТУ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ КВАНТОВЫЕ ОСНОВЫ НАНОТЕХНОЛОГИИ
1.1. Актуальные направления исследований. Предметная область нанотехнологии.
1.1.1. Актуальные направления исследований
1.1.2. Физические основы наноэлементов с квантовыми размерными эффектами (КРЭ). Фундаментальные отличия наноэлементов от микроэлементов. Необходимость учёта и использования КРЭ.
1.1.2.1. Преимущества одноэлектронных бестранзисторных мажоритарных вентилей..
1.1.2.2. Аппаратная реализация булевской схемотехники СБИС на основе одноэлектронных бестранзисторных мажоритарных вентилей..
1.1.3. Классификация наноэлектронных приборов.
1.2. Цель нанотехнологии и задачи исследований.
1.2.1. Концепция «Система-на-Кристалле» и нанотехнология. Замкнутая нанотехнологическая линия (дизайн-центр и фабрика) для проектирования и производства БРЭА..
1.2.2. Актуальность и научная новизна нанотехнологии. Как избежать внешнего недружественного технологического контроля над разработками малых серий СБИС
1.3. Многокластерная нанотехнологическая установка для исследования и изготовления наносхем и функциональных наносистем.
1.3.1. ГПС и ГАП: принципы построения открытой архитектуры МКНТУ как «цифровой фабрики».
1.3.2. Программное обеспечение АСУТП МКНТУ.
1.3.3. Инновационная продукция МКНТУ.
1.3.4. Выводы по МКНТУ.
1.4. Математические модели нанолокальных операций формирования и тестирования наноструктур. Нанолокальное зондовое химическое осаждение и травление в газовой фазе (NLZCVD, NLZPE)
1.4.1. Физические основы зондовой нанотехнологии. Осаждение и травление наноструктур в газовой фазе. Массоперенос с помощью газовой среды.
1.4.2. Нанолокальное зондовое химическое осаждение и травление в газовой или жидкой фазе (NLZCVD, NLZCLD)
1.4.2.1. Нанолокальная фиксация и нанолокальное перемещение..
1.4.2.2. Нанолокальное осаждение.
1.4.2.3. Нанолокальное травление.
1.4.2.4.Нанолокальные операции в вакууме, газе и жидкости.
1.4.3. Эксперименты по нанолокальному зондовому формированию нанотопологических объектов
1.4.3.1. Результаты нанолокального формирования полевого нанотранзистора, проводившегося зондовым методом в 1995 году в НИИ МЭ и НТ «Дельта»..
1.4.3.2. Формирование 2D/3D топологии наноструктур на отечественном СТМ СММ-2000Т, ЗАО «Завод ПРОТОН-МИЭТ».
Глава 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХ И 2D/3D ТОПОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ УПРАВЛЯЮЩИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ НАНОСХЕМ НА ОСНОВЕ КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫХ ЭФФЕКТОВ
2.1. Физические основы 2D/3D топологий управляющих наносхем на бестранзисторных вычислительных устройствах
2.1.1. Свойства предлагаемых бестранзисторных вычислительных устройств. Квантовый клеточный автомат. Бинарные состояния поляризации ККА
2.1.2. Четыре фазы переключения ККА.
2.1.3. Физические основы генератора 2D/3D топологий управляющих информационных наносхем на основе библиотечных вентилей и вентильных групп на базе ККА.
2.1.4. Термодинамическое рассмотрение работоспособности ККА. Работа БВТУ на базе ККА при криогенной и комнатной температуре..
2.1.5. Модель Гамильтониана для ККА.
2.1.6. Вычисление функции отклика ККА—ККА..
2.1.7. Отклик ККА—ККА при температуре T>0K.
2.1.8. Физические основы и математический формализм описания переключения ККА.
2.1.9. Описание вычисления состояний поляризации ККА на базе математического аппарата нейронных сетей.
2.1.10. Описание самоорганизации наносхем на основе ККА на базе математического аппарата нейронных сетей.
2.1.11. Математическая модель для оценки плотности интеграции 2D топологии наносхем БТВУ и ОЗУ на основе ККА-вентилей
2.1.11.1. Фундаментальные физические и квантовомеханические пределы для наносхем БТВУ и ОЗУ на основе ККА-вентилей на основе теории одноэлектронного туннелирования К.К.Лихарева..
2.1.11.2. Оценка параметров наносхем БТВУ на основе ККА-вентилей..
2.1.11.3. Оценка параметров наносхем ОЗУ на основе ККА-вентилей
2.1.12. Оценка производительности ККА, сравнение с аналогичными устройствами, изготовленными по современной КМОП-технологии
Глава 3. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ НАНОСИСТЕМ НА ОСНОВЕ КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫХ ЭФФЕКТОВ
2.2. Физические основы функциональных наносистем..
2.2.1. Термоэлектрические генераторы (ТЭГ).
2.2.1.1. Типы энергетических наноэлементов для ТЭГ.
2.2.1.2. Топливные.
2.2.1.3. Термоэмиссионные..
2.2.1.4. Физические основы генерации энергии в 2D ГК. Монолитные 2D/3D матрицы 2D ГК..
2.2.1.5. Решение уравнения Шрёдингера для граничных условий, задаваемых топологией 2D ГК..
2.2.1.6. Расчёт генерируемой электрической мощности...
2.2.1.7. Качественные характеристики, определяющие энергетические показатели 2D ГК..
2.2.1.8. Расчётные параметры 2D ГК.
2.2.1.9. Выводы по 2D ГК
2.2.2. 2D/3D матрицы широкополосных фотоприёмников и солнечных батарей..
2.2.2.1. Принцип работы..
2.2.2.2. Топологии матриц фотоприёмников..
2.2.2.3. Влияние кривизны контактов на туннелирование электронов
2.2.3. Наноантенные солнечные коллекторы Национальной лаборатории Айдахо Министерства энергетики США..
2.2.4. 2D матрицы широкополосных излучателей.
2.2.5. Расчёт параметров 2D ГК (градиентного концентратора) с целью генерации ВЦШ для изготовления массивов 2D ГК на МКНТУ
2.2.5.1. Оптимизация топологии 2D/3D матриц 2D ГК выпрямительных диодных элементов НАК. Математический формализм для вычислительных экспериментов..
2.2.5.1.1. Зонные диаграммы систем МДМ на базе 2D/3D матриц 2D ГК.
2.2.5.1.2. Блок-схема вычислительных экспериментов.
2.2.5.1.3. Нестационарное уравнение Шрёдингера. Состав оператора Гамильтона для топологии 2D ГК.
2.2.5.1.4. Начальные условия: 2D Гауссов волновой пакет для 2D ГК.
2.2.5.1.5. Граничные условия: топология 2D ГК
2.2.5.1.6. Методы решения систем уравнений.
2.2.5.1.6.1. Итерационный алгоритм поиска численных решений для разностных схем мнимой и вещественной частей.
2.2.5.1.6.2. Алгоритм определения положения движущегося волнового пакета на основе значения энергии/импульса
2.2.5.1.7. Обработка и обобщение результатов вычислений, приведение полученных результатов к удельным характеристикам, относительно площадей областей A, B, C, годным для объективного сравнения..
2.2.6. 2D/3D матрицы инжекционных магнитогазодинамических и магнитогидродинамических наногенераторов электроэнергии.
2.2.7. Силовая система на основе инжекционных нанодвижителей – распределённые матрицы функциональных наноэлементов...
2.2.7.1. Анализ возможных типов наноструктур инжекционных нанодвижителей (ИНД)..
2.2.7.2. ИНД на статических электрических полях – тип 2A..
2.2.7.3. ИНД на статических электрических полях и статических магнитных полях – тип 2B
2.2.7.3.1. Конструкции ИНД типа 2B.
2.2.7.3.2. Анализ различных топологий ИНД на статических электромагнитных полях.
2.2.7.4. ИНД на динамических электромагнитных полях – тип 3С
2.2.7.4.1. ИНД на динамических электромагнитных полях с 900 фазовым сдвигом
2.2.7.4.2. ИНД на основе динамических электромагнитных полей с 00 фазовым сдвигом.
2.2.7.5. Оценка предельных возможностей ИНД на базе статистической механики и электротехники.
2.2.7.6. Качественные характеристики, определяющие граничные условия применимости нанодвижителей
2.2.7.7. Расчетные параметры нанодвижителей
2.2.8. Суперконденсаторы на базе массивов вертикально ориентированных УНТ (наногазона, нанотравы)..
2.2.8.1. Ёмкость, энергия, мощность конденсаторов.
2.2.8.2. Математическая модель суперконденсатора на базе массивов вертикально ориентированных углеродных нанотрубок
Глава 4. СТРУКТУРА НАНОКОМПИЛЯТОРА (САПР НЭ) ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И СКВОЗНОЙ РАЗРАБОТКИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ НАНОСИСТЕМ, УПРАВЛЯЮЩИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ НАНОСХЕМ И СИСТЕМ НА ИХ ОСНОВЕ СОПРЯЖЁННОГО С МКНТУ
3.1. Блок-схема замкнутой нанотехнологической линии.
3.2. Технические требования к нанокомпилятору.
3.2.1. Целевые нанотехнологические платформы, поддерживаемые типы наноструктур, поддерживаемые нанотехнологии.
3.2.2. Типы формируемых управляющих информационных наносхем и функциональных наносхем
3.2.3. Входные данные – формы: графическая, текстовая, параметрическая
3.2.4. Внутренняя обработка
3.2.5. Выходные данные – формы: 2D виртуальные цифровые шаблоны, нанотехнологические маршрутные карты, библиотеки верифицированных наноэлементов и синтезабельных фрагментов наносхем
3.2.6. Поддерживаемые стандарты SEMI и нанокомпиляторы-прототипы: Q-BART, QCADesigner
3.2.7. Методы расчётов, внешние пакеты программ, параллельное программирование.
3.2.8. Методы визуализации на основе виртуальной реальности.
3.2.9. Требования к языкам и стилям кроссплатформенного программирования для создания и отладки переносимых исходных тексов нанокомпилятора
3.2.10. Требования к ОС, ЛВС, оборудованию рабочих мест.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
