дисциплинами - Ивановский государственный химико

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Ивановский государственный химико-технологический университет»
Факультет неорганической химии и технологии
Кафедра технологии приборов и материалов электронной техники
Утверждаю: проректор по УР
_______________ В.В. Рыбкин
«
»
Рабочая учебная программа дисциплины
Вакуумно-плазменные процессы и технологии
Направление подготовки
210100 Электроника и наноэлектроника
Профиль подготовки Микроэлектроника и твердотельная электроника
Квалификация (степень)
Бакалавр
Форма обучения
очная
Иваново, 2010
1
20 г.
1. Цели и задачи дисциплины.
Предметом изучения являются современные интенсивные плазмохимические
технологии, применяемые в производстве или имеющие перспективы применения в
производстве материалов и изделий электронной техники и смежных областях техники.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина базируется на результатах изучения дисциплин естественно-научного
цикла, в том числе математики, физики, химии, информатики, а так же дисциплин
профиля: «Физика конденсированного состояния», «Материалы электронной техники»,
«Техника высокого вакуума», «Технология тонких пленок и покрытий», «Вакуумные
технологические установки», «Введение в нанотехнологии». Для успешного усвоения
дисциплины студент должен
знать:
- основные понятия и методы математического анализа, линейной алгебры, дискретной
математики, теории дифференциальных уравнений и элементов теории уравнений
математической физики, теории вероятностей и математической статистики,
математических методов решения профессиональных задач;
- технические и программные средства реализации информационных технологий, основы
работы в локальных и глобальных сетях, типовые численные методы решения
математических задач и алгоритмы их реализации, один из языков программирования
высокого уровня;
- законы Ньютона и законы сохранения, принципы специальной теории относительности
Эйнштейна, элементы общей теории относительности, элементы механики жидкостей,
законы термодинамики, статистические распределения, законы электростатики, природу
магнитного поля и поведение веществ в магнитном поле, законы электромагнитной
индукции;
- электронное строение атомов и молекул, основы теории химической связи в соединениях
разных типов, строение вещества в конденсированном состоянии, основные
закономерности протекания химических процессов и характеристики равновесного
состояния, химические свойства элементов различных групп Периодической системы и их
важнейших соединений;
уметь:
- проводить анализ функций, решать основные задачи теории вероятности и
математической статистики, решать уравнения и системы дифференциальных уравнений
применительно к реальным процессам, применять математические методы при решении
типовых профессиональных задач;
- работать в качестве пользователя персонального компьютера, использовать внешние
носители информации для обмена данными между машинами, создавать резервные копии
и архивы данных и программ, использовать численные методы для решения
математических задач, использовать языки и системы программирования для решения
профессиональных задач, работать с программными средствами общего назначения;
- решать типовые задачи связанные с основными разделами физики, использовать
физические законы при анализе и решении проблем профессиональной деятельности;
- использовать основные химические законы, термодинамические справочные данные и
количественные соотношения неорганической химии для решения профессиональных
задач;
владеть:
- методами построения математической модели типовых профессиональных задач и
содержательной интерпретации полученных результатов;
2
- методами поиска и обмена информацией в глобальных и локальных компьютерных
сетях, техническими и программными средствами защиты информации при работе с
компьютерными системами;
- методами проведения физических измерений, методами корректной оценки
погрешностей при проведении физического эксперимента
- теоретическими методами описания свойств простых и сложных веществ на основе
электронного строения их атомов и положения в Периодической системе химических
элементов,
экспериментальными
методами
определения
физико-химических
неорганических
соединений;
Освоение данной дисциплины как предшествующей необходимо при изучении
следующих дисциплин:
- Технология и оборудование производства изделий электронной техники.
3.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины
- готовностью учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной
и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной
деятельности (ПК-3);
- способностью собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научнотехническую информацию по тематике исследования, использовать достижения
отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);
- способностью собирать, анализировать и систематизировать отечественную и
зарубежную научно-техническую информацию по тематике исследования в области
электроники и наноэлектроники (ПК-18);
- готовностью к применению современных технологических процессов и
технологического оборудования на этапах разработки и производства материалов и
изделий электронной техники (ПК-35).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
знать: роль и возможности интенсивных технологий, в том числе вакуумноплазменных в производстве материалов и изделий твердотельной электроники и смежных
областях техники; основные понятия и процессы взаимодействия лазерного излучения,
ионных и электронных потоков с твердым телом; особенности кинетики неравновесных
гетерогенных процессов и их технологические возможности; физические основы работы
современных плазмохимических и ионнохимических технологических установок.
уметь: применять полученные знания при теоретическом анализе, компьютерном
моделировании и экспериментальном исследовании физических процессов, лежащих в
основе технологии изготовления современных приборов электроники; рассчитывать
основные технологические параметры и характеристики процессов обработки материалов
электронной техники концентрированными потоками высокоэнергетичных частиц;
оценить характер и направление влияния внешних факторов на скорость и другие
параметры технологических процессов плазменной обработки.
владеть: информацией об областях применения и перспективах развития
корпускулярно-фотонных технологий; навыками выбора методов и условий обработки
материалов различной природы; навыками анализа взаимосвязи технологических режимов
и качества обработки.
3
4. Структура дисциплины «Вакуумно-плазменные процессы и технологии»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц, 216 часов.
Всего
Вид учебной работы
Семестры
часов
5
6
7
Аудиторные занятия (всего)
102
102
Лекции
51
51
Практические занятия (ПЗ)
17
17
Семинары (С)
-
Лабораторные работы (ЛР)
34
34
Самостоятельная работа (всего)
114
114
8
В том числе:
В том числе:
Курсовой проект (работа)
-
Расчетно-графические работы
17
17
Реферат
16
16
Оформление отчетов по лабораторным работам
34
34
Подготовка к текущим занятиям, коллоквиумам
20
20
Подготовка к экзамену
27
27
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
з,э
З,э
Общая трудоемкость
час
216
216
зач. ед.
6
6
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
Модуль 1. Физико-химические основы плазмохимических процессов.
Газоразрядная плазма пониженного давления. Общая характеристика. Элементарные
процессы и активные частицы в плазме. Общий подход к кинетике плазмохимических
процессов. Место и роль плазменных процессов в технологии.
Модуль 2. Технология плазмохимической очистки и травления материалов.
Классификация
процессов
плазмохимического
травления
и
очистки.
Технологические требования и параметры, характеризующие процесс травления.
Технологические газы для плазмохимического травления. Технологические процессы
плазмохимического травления и очистки неорганических материалов.
Модуль 3. Технология плазменной обработки полимерных материалов.
Применение органических веществ в технологии материалов и изделий электронной
техники и требования к ним с точки зрения плазмохимических процессов. Свойства
4
кислородной плазмы и ее воздействие на полимеры. Кинетические закономерности и
выбор оптимальных режимов проведения процесса.
Модуль 4. Контроль и управление плазменными процессами.
Общие принципы контроля. Лазерная интерферометрия. Эмиссионно-спектральные
методы контроля. Масс-спектральные методы контроля. Принципы автоматизированного
управления плазменными процессами.
Модуль 5. Перспективы применения плазменных процессов в технологии.
Технология изготовления интегральных микросхем на пороге нового тысячелетия.
Плазменные процессы в производстве вакуумных и газоразрядных приборов. Плазменные
процессы в машиностроении и металлообработке. Плазмохимические технологии в
текстильной и легкой промышленности. Плазма и охрана окружающей среды.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с
обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№
п/п
1.
Наименование
обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
№ разделов данной дисциплины,
необходимых для изучения
обеспечиваемых (последующих)
дисциплин
1
2
3
4
Технология и оборудование
производства изделий
твердотельной электроники и
наноэлектроники
+
+
+
5
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
Наименование раздела
п/п
дисциплины
1. Физико-химические основы
8
4
2.
12
3.
4.
5.
плазмохимических процессов
Технология плазмохимической
очистки и травления материалов
Технология плазменной обработки
полимерных материалов
Контроль и управление
плазменными процессами
Перспективы применения
плазменных процессов в технологии
Лекц
П.З. Л.З.
Сем.
СРС
8
-
22
Вс.
час.
42
2
10
-
24
48
8
2
8
-
22
40
12
4
8
-
24
48
11
5
-
-
22
38
6. Лабораторный практикум
Лабораторный практикум по данной дисциплине объемом 34 часа выполняется в виде
учебно-исследовательского практикума по плазмохимической тематике на научноисследовательских установках кафедры.
7.
Практические занятия (семинары)
Практические занятия по данной дисциплине проводятся в виде семинаров,
предусматривающих обсуждение современного состояния и перспектив развития и
применения вакуумно-плазменных процессов и технологий в производстве изделий
твердотельной электроники, проведение деловых игр по выбору оптимальных составов
газовых сред, типов плазмохимических реакторов и режимов проведения процесса,
обеспечивающего заданный результат.
5
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Курсовые проекты или работы данной дисциплине не планируются
9. Образовательные технологии и методические рекомендации по организации
изучения дисциплины
Чтение лекций по данной дисциплине проводится с использованием
мультимедийных презентаций. Слайд-конспект курса лекций включает более 200 слайдов.
Презентация позволяет преподавателю четко структурировать материал лекции,
экономить время, затрачиваемое на рисование на доске схем, написание формул и других
сложных объектов, что дает возможность увеличить объем излагаемого материала. Кроме
того, презентация позволяет очень хорошо иллюстрировать лекцию не только схемами и
рисунками которые есть в учебном пособии, но и полноцветными фотографиями,
рисунками, портретами ученых и т.д. Электронная презентация позволяет отобразить
физические и химические процессы в динамике, что позволяет улучшить восприятие
материала. Студентам предоставляется возможность копирования презентаций для
самоподготовки и подготовки к экзамену.
Поскольку лекции читаются для одной группы студентов (20 – 25 чел.)
непосредственно в аудитории контролируется усвоение материала основной массой
студентов путем тестирования по отдельным модулям дисциплины.
При работе в малоконтингентной группе, сформированной из достаточно
успешных студентов, целесообразно использовать диалоговую форму ведения лекций с
использованием элементов практических занятий, постановкой и решением проблемных
задач и т.д. В рамках лекционных занятий можно заслушать и обсудить подготовленные
студентами рефераты.
Проведение практических занятий
Практические занятия по данной дисциплине рекомендуется проводить в виде семинаров,
предусматривающих обсуждение современного состояния и перспектив развития и
применения вакуумно-плазменных процессов и технологий в производстве изделий
твердотельной электроники, проведение деловых игр по выбору оптимальных составов
газовых сред, типов плазмохимических реакторов и режимов проведения процесса,
обеспечивающего заданный результат.
Проведение лабораторных занятий
Лабораторный практикум по данной дисциплине выполняется в виде учебноисследовательского практикума по плазмохимической тематике на научноисследовательских установках кафедры под руководством преподавателей, являющихся
руководителями квалификационной работы бакалавра.
Формы организация внеаудиторной самостоятельной работы по данной
дисциплине:
 работа с электронным учебником, включая тестирование для самопроверки усвоенных
знаний
 подготовка и написание рефератов, докладов, очерков и других письменных работ на
заданные темы;
 выполнение домашних заданий разнообразного характера. Это - решение задач; подбор
и изучение литературных источников; подбор иллюстративного и описательного
материала по отдельным разделам курса в сети Интернет;
 выполнение индивидуальных заданий, направленных на развитие у студентов
самостоятельности и инициативы. Индивидуальное задание может получать как
каждый студент, так и часть студентов группы;
6
10.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
Всего по текущей работе студент может набрать 50 баллов, в том числе:
- практические занятия – 15 баллов;
- лабораторный практикум – 15 баллов;
- итоговая контрольная работа - 10 баллов;
- домашнее задание или реферат – 10 баллов.
Зачет проставляется автоматически, если студент набрал по текущей работе не менее 26
баллов. Минимальное количество баллов по каждому из видов текущей работы составляет
половину от максимального.
Тематика рефератов по дисциплине
1. Вакумно-плазменное травление алюминия
2. Вакумно-плазменное травление меди
3. Вакумно-плазменное травление арсенида галлия
4. Вакумно-плазменное травление кремния и его соединений
5. Плазма кислорода и ее применение в технологии
6. Плазма воздуха и ее применение в технологии
7. Плазма хлора и ее применение в технологии
8. Спектральные методы исследования плазмы
9. Принципы математического моделирования плазмы
10. Применение эмиссионных спектров для исследования и контроля плазмохимических
процессов.
11. Зондовые методы исследования плазмы.
12. Масс-спектрометрия в исследовании плазмохимических процессов.
13. Методы измерения концентрации нейтральных активных частиц в плазме.
14. Методы измерения коэффициентов скоростей гетерогенных процессов в плазме.
15.Плазмохимическая обработка полимерных материалов.
16. Плазмохимическая обработка текстильных матеориалов.
Комплект контрольно-измерительных материалов для промежуточного и
итогового контроля
Промежуточный контроль по лекционному курсу осуществляется в виде тестовых
экзаменов по каждому модулю дисциплины. Всего подготовлено около 200 тестовых
заданий.
Итоговый контроль по дисциплине осуществляется в виде письменного экзамена.
Экзаменационные билеты формируются из перечня вопросов, приводимого ниже.
Программа использования инновационных технологий в преподавании
дисциплины
1. По дисциплине имеется электронный гипертекстовый учебник, предназначенный для
самостоятельной работы студентов. Учебник позволяет после изучения каждого раздела
проводить самоконтроль по тестовым заданиям. В случае неверного ответа студент
отсылается к той части теоретического курса, который ему необходимо дополнительно
проработать.
2. В обучении используется база данных по электровакуумным и газоразрядным
приборам, созданная на кафедре. Студенты активно привлекаются к пополнению этой
базы с использованием сети Интернет.
3. Сформирован банк тестовых заданий по дисциплине, который используется для
самоподготовки студентов, а так же при промежуточном контроле по дисциплине.
4. При выполнении заданий на самостоятельную работу студенты могут использовать
имеющиеся в дисплейном классе кафедры расчетные и моделирующие программы.
7
5. При подготовке отчетов по лабораторным работам студенты проводят обработку
результатов эксперимента необходимые расчеты на ПЭВМ.
Итоговый экзамен по дисциплине проводится в две ступени:
- тестовый экзамен (32 закрытых задания, каждое задание оценивается
в 1 балл), на котором студент должен набрать не менее 26 баллов – оценка
«удовлетворительно»;
- письменный экзамен, который проводится по вопросам, приводимым
ниже. Экзаменационный билет включает шесть вопросов из приводимого
ниже перечня. Ответ на каждый вопрос оценивается из 3 баллов. Студент на
письменном экзамене может набрать до 18 баллов.
Результат экзамена (максимум 50 баллов) определяется как сумма
тестовой и письменной частей.
11. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература:
Светцов, В. И., Холодков,, И. В. Физическая электроника и электронные приборы .—
1
Иваново, 2008 .— 494 с. (150)
2 Терехов, В.А. Задачник по электронным приборам .— СПб.: Лань, 2003 .— 278с. (40)
3 Светцов Вакуумная и плазменная электроника .— Иваново, 2003 .— 171с. (50)
Сушков Вакуумная электроника : Физико-технические основы .— СПб. [и др.]: Лань,
4
2004 .— 462 с (15)
Светцов, В. И., Рыбкин, В. В., Титов, В. А. и др. Физическая электроника и
5
электронные приборы. Лабораторный практикум. Иваново, 2001.— 234 с. (56)
Б) дополнительная литература
1.Протасова, Ю. С., Чувашев, С. Н. Основы плазменной электроники .— М.: Изд-во
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006 .— 632 с. (1)
2.Антипов, Б. Л. Материалы электронной техники:Задачи и вопросы .— СПб.: Лань,
2001 .— 208 с. (39)
3. Г.Ф.Ивановский, В.И.Петров. Ионно-плазменная обработка материалов. М.,Рад. и св.
1986 г.
4. Плазменная технология в производстве СБИС. / Под ред. Н.Айнспрука, М.,Мир,1987 г.
5.Б.С.Данилин,В.Ю.Киреев. Применение низкотемпературной плазмы для травления и
очистки материалов. М., Энергоатомиздат,1987г.
в) программное обеспечение
- СИСТЕМНЫЕ ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА: Microsoft Windows XP, Microsoft Vista
- ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА: Microsoft Office 2007, Mozilla FireFox
- СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ: СДО Moodle,
SunRAV BookOffice Pro, SunRAV TestOfficePro.
- - программы для расчета кинетических коэффициентов процессов, протекающих при
электронных ударах,
- программы решения балансных уравнений при определении концентраций активных
частиц в плазме.
- тренировочные и контрольные тесты по каждому модулю;
Электронные учебные ресурсы:
8
- тренировочные и контрольные тесты по каждому модулю
- Автономный гипертекстовый электронный учебник
- Текст лекций с контрольными вопросами для самопроверки, задачами для практических
занятий и глоссарием в электронном учебнике СДО ИГХТУ
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы:
- база данных по технологическим установкам литографии, ионной имплантации,
электронно-лучевого испарения, вакуумно-плазменного травления, окисления
http://plasma.isact.ru (доступена только из локальной сети университета).
12.
Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)
Лекции по дисциплине проводятся в аудитории, оснащенной видеопроектором.
Практические занятия проводятся в дисплейном классе кафедры (11 ПЭВМ типа Pentium).
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций
и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.
Автор _________________________
(Светцов В.И.)
Заведующий кафедрой ___________
(Светцов В.И.)
Рецензент (ы)___________________
(подпись, ФИО)
Программа одобрена на заседании научно-методического совета факультета
неорганической химии и технологии ИГХТУ от «_____» ________ 201__ года, протокол
№
____.
Председатель НМС
_______________ (ФИО)
9