Nanoelectronics Fundamentals (eBook)

Materials, Devices and Systems

(Autor)

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2019 | 1. Auflage
XIII, 279 Seiten
Springer-Verlag
978-3-030-32573-2 (ISBN)

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Nanoelectronics Fundamentals -  Hassan Raza
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This book covers the state of the art in the theoretical framework, computational modeling, and the fabrication and characterization of nanoelectronics devices. It addresses material properties, device physics, circuit analysis, system design, and a range of applications. A discussion on the nanoscale fabrication, characterization and metrology is also included. The book offers a valuable resource for researchers, graduate students, and senior undergraduate students in engineering and natural sciences, who are interested in exploring nanoelectronics from materials, devices, systems, and applications perspectives. 



Hassan Raza is the founding Director of the Centre for Fundamental Research (CFR), Pakistan. He is also affiliated with the Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP), Trieste, Italy as an associate member. He received 'Magoon Award for Excellence in Teaching' from Purdue University in 2004. He is the recipient of 'Presidential Faculty Fellowship' in 2010 and 'Old Gold Fellowship' in 2011 from the University of Iowa. His research focuses on 'anything that is small' for solving the complex problems from theoretical, experimental and computational approaches. He has had the pleasure of teaching undergraduate and graduate students at the University of Iowa, Georgia Southern University, Rowan University, Quaid-e-Azam University, University of Engineering and Technology, and University of the Punjab. He was a postdoctoral associate at Cornell University during 2007-09. He received his PhD (ECE) in 2007 and MS (ECE) in 2002 from Purdue University, MS (Operations Management) in 2016 from the University of Arkansas, and BS in 2001 from the University of Engineering and Technology, Lahore.

Preface and Acknowledgements 7
Contents 10
Material Properties 13
1 Introduction 14
1.1 Why NANO? 16
1.2 Book Outline 17
2 Atomic Structure 21
2.1 Crystal, Lattice, and Unit Cell 22
2.2 Miller Index 29
2.3 Surface Reconstruction 30
2.4 Reciprocal Space 32
3 Electronic Structure 38
3.1 Heuristic Introduction to Schrödinger Equation 42
3.2 Electrostatics 47
3.3 Real Space Basis Set 51
3.4 Orbital Space Basis Set 58
3.5 Band Structure 67
References 85
Device Characteristics and Analysis 86
4 Quantum Transport 87
4.1 Wavefunction Approach 88
4.2 Landauer's Approach 94
4.3 Fermi's Function 95
4.4 Quantum Mechanical Transmission 97
4.5 Density of States 99
4.6 Green's Function 107
4.7 Nonequilibrium Green's Function Formalism 110
4.8 Self Energy 113
4.9 Coherent Transport 119
4.10 Incoherent Transport 132
4.11 Selfconsistent Mean Field Transport 141
4.12 Beyond Mean Field Transport 144
References 146
5 Charge Based Devices 147
5.1 pn Junction Diode 148
5.2 Zener Diode 154
5.3 Field Effect Transistor 155
5.4 Resonant Tunneling Diode 164
6 Spin Based Devices 169
6.1 Ferromagnetic Materials 169
6.2 Giant Magnetoresistance Devices 173
6.3 Magnetic Tunnel Junction Devices 176
6.4 Spin Transfer Torque Devices 182
Circuits and Systems 189
7 Memories 190
7.1 CMOS Inverter 191
7.2 SRAM 192
7.3 DRAM 195
7.4 Flash Memory 197
8 Circuits and Systems 203
8.1 Combinational Circuits 204
8.2 Sequential Circuits 209
8.3 Charge Coupled Devices 211
8.4 VLSI 213
8.5 Power Dissipation 215
Fabrication, Characterization and Metrology 219
9 Nanofabrication 220
9.1 Chemical Safety and Environmental Protection 222
9.2 Substrate 223
9.3 Oxidation and Annealing 225
9.4 Photolithography 229
9.5 Electron Beam Lithography 234
9.6 Nanoimprint Lithography 235
9.7 Physical Vapor Deposition 236
9.8 Chemical Vapor Deposition 239
9.9 Molecular Beam Epitaxy 242
9.10 Atomic Layer Deposition 243
9.11 Etching 245
10 Microscopy and Spectroscopy 248
10.1 Scanning Probe Microscopy 248
10.2 Electron Microscopy 254
10.3 Optical Microscopy 258
10.4 Photoemission Spectroscopy 260
10.5 Photon Spectroscopy 263
10.6 Electron Spectroscopy 268
References 270
Index 271

Erscheint lt. Verlag 26.11.2019
Reihe/Serie NanoScience and Technology
Zusatzinfo XIII, 275 p. 218 illus., 162 illus. in color.
Sprache englisch
Themenwelt Technik Elektrotechnik / Energietechnik
Schlagworte Charge Coupled Devices • Fabrication and Characterization of Nano-devices • Nanodevices • nano-electromechanical systems • Nano-material Properties • Non-volatile Flash Memory • Quantum Transport • Spintronics • Thermoelectric Devices
ISBN-10 3-030-32573-3 / 3030325733
ISBN-13 978-3-030-32573-2 / 9783030325732
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