Nanoelectronics «bottom – up»: current generation, generalized Ohm’s law, elastic resistors, conductivity modes, thermoelectricity

Abstract

В рамках концепции «снизу-вверх» современной наноэлектроники рассматриваются общие вопросы электронной проводимости, причины возникновения тока и роль электрохимических потенциалов и фермиевских функций, модель упругого резистора, баллистический и диффузионный транспорт, моды проводимости, проводники n-и p-типа, а также графен и дается новая обобщенная формулировка закона Ома. Далее рассматриваются термоэлектрические явления Зеебека и Пельтье, показатели качества и оптимизация термоэлектриков, баллистический и диффузионный транспорт фононов и его роль в теплопроводности Ключевые слова: наноэлектроника, упругий резистор, моды проводимости, обобщенный закон Ома, графен, термоэлектрики General questions of electronic conductivity, current generation with the use of electrochemical potentials and Fermi functions, elastic resistor model, ballistic and diffusion transport, conductivity modes, n-and pconductors and graphene, formulation of the generalized Ohm's law, thermoelectric phenomena of Seebeck and Peltier, quality indicators and thermoelectric optimization, ballistic and diffusive phonon heat current are discussed in the frame of the «bottom-up» approach of modern nanoelectronics

Nanoelectronics «bottom – up»: the role of electrostatics and contacts

“…До сих пор, ни при изложении причин возникновения электрического тока [1], ни при обсуждении уравнения диффузии для описания баллистического транспорта электронов [2], не привлекалось внешнее электрическое поле в качестве причины, создающей разность потенциалов на концах проводника, хотя именно оно и в поныне практикуемом стандартном изложении объявляется причиной, порождающей электрический ток. Может показаться парадоксальным, что фактически вся теория электрической проводимости была построена [1,3] без привлечения понятия внешнего электрического поля.…”

“…Энергетическое окно для транспорта электронов определяется функцией F T (ф-ла (11) и рис. 3 в [1]), возникающей естественным образом как результат «подготовки» двух контактов (уравнения (20) и (21)…”

“…чему равна левая часть исходного ур-я (13). В его правой части стандартно перейдем от функций распределения к электрохимическим потенциалам (ф-ла (15) в [1]):…”

“…Он определяется низковольтной проводимостью. Именно по этой причине теорию проводимости в режиме линейного отклика мы имели право строить без учета электростатики [1].…”

“…Эта статья продолжает серию учебно-обзорных публикаций в журнале «ScienceRise», начатую в 2015 году. Напомним, что раньше в рамках концепции «снизу -вверх» современной наноэлектроники рассматривались казалось бы такие очевидные вопросы как причины возникновения электрического тока, все еще малоизвестный обобщенный закон Ома, модель упругого резистора Ландауэра, были введены понятия мод проводимости и коэффициента прохождения, а также были подробно рассмотрены термоэлектрические явления применительно к наноэлектронике [1]. Далее были рассмотрены ключевые вопросы спинтроники и магнетроники [2], вслед за которыми достаточно подробно был изложен метод неравновесных функций Грина в матричном представлении, сформулированы и решены этим методом модельные транспортные задачи для 1D и 2D проводников, включая графен, сформулирован общий метод учета электрических контактов в уравнении Шредингера и рассмотрены модели упругой и спиновой дефазировки и учет некогерентных транспортных процессов.…”