МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

ПРИМЕР ОФОРМЛЕНИЯ
ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
___________________
Руководитель ООП
по направлению 210100
декан ЭФ проф. В.А. Шпенст
_______________________
Зав.кафедрой ЭС
проф. В.А. Шпенст
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ»
Направление подготовки бакалавра
210100 – электроника и наноэлектроника
Профиль Промышленная электроника
Квалификация выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: доцент каф. ЭС И.И. Растворова
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
.
Составитель
доцент И.И.Растворова
Научный редактор
профессор В.А. Шпенст
2
МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
1. Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины является изучение основ строения материалов и физики
происходящих в них явлений, технологии материалов электронной и
микроэлектронной техники, материалов наноэлектроники. Формирование навыков
экспериментальных
исследований
свойств
материалов
электронной
и
микроэлектронной техники, материалов наноэлектроники.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина
относится
к
модулю
профессиональной
подготовки
профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки
специалистов 210100 «Электроника и наноэлектроника».
Для освоения этой учебной дисциплины требуется предварительная подготовка
в объёме полной средней школы, освоение дисципли: «Физика», «Математика»,
«Химия».
Дисциплина является предшествующей для освоения отдельных разделов
учебных дисциплин «Теоретические основы электротехники», «Физические основы
электронки», «Микроэлектроника», «Магнитные элементы электронных устройств»,
«Электроника
электропривода»,
а
также
для
выполнения
выпускной
квалификационной работы.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
б) профессиональных, в том числе
в области производственно-технологической деятельности:
- способность выполнять работы по технологической подготовке производства
материалов и изделий электронной техники (ПК14);
сервисно-эксплуатационная деятельность:
-способность к сервисному обслуживанию измерительного, диагностического,
технологического оборудования (ПК29);
-готовность осуществлять регламентную проверку технического состояния
оборудования, его профилактический осмотр и текущий ремонт (ПК30);
-способность составлять заявки на запасные детали и расходные материалы, а также на
поверку и калибровку аппаратуры (ПК31).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
основные свойства проводниковых, полупроводниковых, диэлектрических и магниных
материалов электронной техники
Уметь:
выбрать материалы для использования в аппаратуре электронной и микроэлектронной
техники с учетом их характеристики, влияния на свойства внешних факторов
3
Владеть:
- информацией о технологии материалов электронной и микроэлектронной техники,
материалов наноэлектроники.
4. Объём дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоёмкость учебной дисциплины составляет 6 зачётных единиц.
Вид учебной работы
Всего часов
Всего
216
Семестры
3
216
Аудиторные занятия: в том числе
Лекции
Практические занятия (ПЗ), в том числе в
интерактивной форме:
Лабораторные работы
Самостоятельная работа: в том числе
Контрольные работы
Курсовой проект
Другие виды самостоятельной работы
Подготовка к лекциям, практическим,
лабораторным работам
Работа с литературой
Вид промежуточной аттестации (зачёт,
экзамен)
Общая трудоёмкость
216 час.
6 зач. ед.
85
34
34
85
34
34
17
95
20
17
95
20
16
16
59
216
59
Зачёт,
экзамен
216
6
6
4
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
Наименование
п/п раздела дисциплины
1
2
1 Материалы
электронной
техники
2
Проводниковые
материалы
Содержание раздела
3
Классификация
материалов
электронной
техники. Строение, свойства и состав материалов
электронной техники. Общая классификация материалов
по составу, свойствам и техническому назначению.
Классификация по особым свойствам в электрическом и
магнитном полях на электрические и магнитные.
Дальнейшая классификация материалов: электрических на
диэлектрические, полупроводниковые и проводниковые;
магнитных
на
диамагнитные,
парамагнитные,
ферромагнитные,
антиферромагнитные
и
ферримагнитные.
Типы химической связи и влияние ее на строение и
свойства материалов. 0бщие физико-химические свойства
и
параметры
материалов:
гигроскопичность
и
влагопроницаемость, водостойкость, кислостойкостъ,
коррозионная стойкость и радиационная стойкость,
устойчивость к плесени. Механические свойства и
параметры материалов: текучесть, прочность, хрупкость,
ударная вязкость, твердость. Поведение материалов при
статических, динамических и знакопеременных нагрузках.
Теплофизические свойства и параметры материалов:
нагревостойкость,
морозостойкость,
стойкость
к
циклической смене температур, теплопроводность,
тепловое расширение.
2.1. Физическая природа и основные свойства
металлов и сплавов. Строение металлов и сплавов.
Физическая природа электропроводности металлов.
Влияние на неё температуры, примесей и других
структурных дефектов. Виды сплавов. Электрические
свойства
металлических
сплавов.
Особенность
электропроводности тонких металлических пленок.
Другие свойства металлов и сплавов, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость,
пластичность и прочность, Наклеп и рекристаллизация.
Способы упрочнения металлов. Контактная разность
потенциалов: ее практическое использование и борьба с
ней.
Термоэлектронная
эмиссия.
Газопоглощение
металлов и сплавов.
2.2. Использование проводниковых материалов.
Проводниковые материалы высокой электропроводности.
Проводниковые материалы, используемые в производстве
печатных плат по различным технологическим процессам.
Проводниковые
материалы
высокого
электросопротивления. Материалы специального назначения: тугоплавкие и благородные, металлы и сплавы для термопар.
5
№
п/п
Наименование
раздела дисциплины
3
Полупроводниковые
материалы
4
Диэлектрические
материалы
Содержание раздела
Контактные материалы. Виды контактов. Физикохимические и тепловые процессы в контакте, переходное
сопротивление контакта, роль контактного усилия.
Способы
неразъемного
контактирования.
Состав
контактолов, их свойства, физические процессы,
протекающие при их отверждении. Материалы,
применяемые при пайке. Физико-химические процессы
при пайке материалов. Подразделение видов сварки на
сварку плавлением и сварку давлением. Физические
процессы при сваривании металлов.
Сверхпроводимость. Сверхпроводящие металлы и
сплавы
Материалы
высокой
проводимости.
Криопроводниковые и сверхпроводниковые материалы, их
свойства
и
применение.
Высокотемпературная
сверхпроводимость, перспективы создания материалов и
их применение.
Сплавы высокого сопротивления. Характеристика
проводящих и резистивных материалов во взаимосвязи с
их применением в электронной технике.
3.1.
Природа
электропроводности
полупроводников.
Физическая
природа
электропроводности
полупроводников.
Характерные
особенности полупроводниковых материалов. Два типа
проводимости: электронная и дырочная. Собственные и
примесные полупроводники.
Полупроводниковые
химические соединения, материалы на их основе и
применение в электротехнике.
3.2.
Электрофизические
свойства
полупроводников. Характеристика и основные физикохимические, электрические и оптические свойства
элементарных полупроводников, полупроводниковых
соединений и твердых растворов на их основе.
Электропроводность
полупроводников.
Влияние
температуры, электрического поля и света
на
проводимость
полупроводников.
Фотопроводимость
полупроводников.
Эффект
Холла
и
термопары.
Термоэлементы. Электронно-дырочный переход.
3.4. Полупроводниковые материалы. Классификация
полупроводников. Материалы для полупроводниковых
приборов. Основные параметры полупроводниковых
материалов. Классификация полупроводников. Простые
полупроводники,
полупроводниковые
соединения,
многофазные
материалы.
Примеры
реализации
полупроводниковых структур в приборах и устройствах
электроники.
4.1. Основные свойства и физические процессы в
диэлектриках. Основные понятия. Два вида молекул
диэлектриков. Основные физические процессы в
диэлектриках (поляризация, пробой, диэлектрические
потери) и способы их описания. Диэлектрик в
6
№
п/п
5
Наименование
раздела дисциплины
Магнитные
материалы
Содержание раздела
электрическом поле. Влияние различных факторов на
поляризуемость диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость.
Виды поляризации поляризационных токов, или
токов смещения в диэлектриках. Ионная и электронная
электропроводность диэлектриков. Объемная и поверхностная электропроводности диэлектриков. Зависимость
электропроводности диэлектриков от их агрегатного состояния, а также от влажности и температуры окружающей среды.
Диэлектрические потери. Виды диэлектрических потерь.
Схемы замещения диэлектриков и векторные диаграммы к ним.
4.2.
Классификация
диэлектрических
материалов. Классификация диэлектрических материалов
электронной техники на пассивные и активные, и
элементы на их основе. Классификация диэлектрических
материалов по агрегатному состоянию. Классификация
диэлектрических материалов по химическому составу.
Неорганические диэлектрики. Керамика. Стекла.
Ситаллы.
Органические диэлектрики: линейные полимеры и
композиционные порошковые пластмассы. Слоистые
пластики. Электроизоляционные лаки; классификация по
назначению на пропиточные, покрывающие и клеящие.
Влияние наполнителя на нагревостойкость и теплопроводность эмалей. Пропиточные и заливочные
компаунды. Применение в электронной технике для
улучшения теплоотвода, защиты от увлажнения,
повышения механических свойств.
Диэлектрики для конденсаторов. Основные сведения о
строении и свойствах полимеров. Нагревостойкие органические диэлектрики. Технико-экономическая эффективность использования полимерных материалов. Слоистые
пластики и пластмассы. Неорганические электроизоляционные материалы. Слюда, электроизо-ляционные
материалы и изделия на основе слюды. Слюдинитовые и
слюдопластовые материалы, их свойства, технико-экономические показатели, области применения. Электрокерамические изоляционные материалы и их классификация.
Конденсаторные керамические материалы, их свойства и
применение в электротехнике. Высоковольтные изоляторы
на основе стекла. Сегнетодиэлектрики, пьезодиэлектрики
и другие активные материалы.
5.1. Основные свойства и общие сведения о магнитных
материалах. Магнитные материалы и элементы общего назначения.
Общие сведения о магнии-тных свойствах материалов: диамагнетиков,
парамагнетиков, антиферромагнетиков, ферромагнетиков и
ферримагнетиков. Природа ферромагнетизма. Основные магнитные характеристики. Влияние различных факторов на свойства
магнитных материалов.
7
№
п/п
6
Наименование
раздела дисциплины
Наноматериалы
Содержание раздела
5.2. Назначение и области применения
магнитных материалов. Классификация магнитных
материалов. Магнитомягкие и магнитотвердые материалы.
Аморфные магнитные материалы, их получение, свойства
и перспективы применения. Магнитные материалы
специального назначения. Ферриты, их свойства и состав.
Магнитомягкие и магнитотвердые ферриты и техникоэкономические
показатели
их
использования
в
электротехнике.
Методы
исследования
материалов
и
элементов
электронной техники. Перспективные направления
материалов и элементов электронной техники в
современном мире. Наноматериалы
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№ Наименование
п/п обеспечиваемой
(последующей) дисциплины
1.
2.
3.
Физические основы электроники
Магнитные элементы
электронных устройств
Наноэлектроника
Номера
разделов
данной
дисциплины,
необходимых для изучения обеспечиваемой
(последующей) дисциплины
1
2
3
4
5
6
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
1.
2.
3.
4.
5.
6
Наименование
дисциплины
раздела
Материалы
электронной
техники
Проводниковые материалы
Полупроводниковые материалы
Диэлектрические материалы
Магнитные материалы
Наноматериалы
Лекц.
Практ. Лабор.
зан.
работы
СРС*
Всего
час.
4
4
-
5
13
6
7
6
6
5
6
7
6
6
5
4
5
8
-
20
20
20
20
10
36
39
40
32
20
Примечание: СРС – самостоятельная работа студентов
6. Лабораторный практикум
№
п/п
1.
2.
3.
№ раздела
дисциплины
Полупроводниковые
материалы
Диэлектрические
материалы
Диэлектрические
материалы
Наименование лабораторных работ
Физические явления на гетеропереходе полупроводникполупроводник
Явления электронного переноса в диэлектрических
пленках и конденсаторных структурах на их основе.
Пробой и электрическое старение диэлектриков
8
4.
Физические явления на контакте металл-полупроводник
Проводниковые
материалы
7. Практические занятия
№
п/п
№ раздела
дисциплины
Тематика практических занятий (семинаров)
1.
Материалы электронной техники
1.
2.
Электропроводность металлов и сплавов
2.
3.
3.
4.
4.
5.
Контактные и поверхностные явления в
полупроводниках
Электропроводность
диэлектриков.
Диэлектрические потери
Ферромагнетики в переменных магнитных
полях
Наноматериалы
6.
Трудоемкость
(час.)
4
6
7
6
6
5
8. Примерная тематика курсовых проектов.
Не предусмотрены
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
ЛИТЕРАТУРА
9.1. Основная литература:
1. Сорокин, B.C. Материалы и элементы электронной техники: учебник для вузов: в 2т./
B.C. Сорокин, Б.Л.Антипов, Н.П. Лазарева.-М.: Академия, 2006.-376 с.
2. Пасынков, В.В. Материалы электронной техники: учебник для вузов / В.В.
Пасынков, В.С.Сорокин. - Изд. 5-е, стер. - СПб.: Лань, 2003.-367с.
3. Харламова, Т.Е. Электроматериаловедение. Электротехнические материалы: учеб.
пособие/ Т.Е. Харламова. - СПб.: СЗПИ, 1998.-82с.
4. Хомылев, А.Ф., Неметаллические материалы радиоэлектронной
аппаратуры/ А.Ф. Хомылев, Е.В. Шадричев. -Л.: СЗПИ, 1985.-146с.
9.2. Дополнительная литература:
1. Богородицкий, Н.П. Электротехнические материалы: учебник для вузов/ Н.П.
Богородицкий, В.В.Пасынков, В.М. Тареев.- Л. : Энергоатомиздат, 1985.-296с.
2. Пасынков, В.В. Материалы электронной техники: учебник для вузов. / В.В.
Пасынков, В.С.Сорокин. -Изд. 3-е, СПб.: Лань, 2001.-367с.
3. Пасынков, В. В. Материалы электронной техники: учебник для вузов/ В. В.
Пасынков, B.C. Сорокин - М.: Высшая школа, 1986.-406с.
9
4.Электротехнические и конструкционные материалы: учеб. пособие/ В.Н.
Боробулин [и др.] -М.: Мастерство: Высшая школа, 2000.-280с.
5.Калинин, Н.Н. Электрорадиоматериалы/ Н.Н. Калинин,Г.Л. Скибинский,
П.П. Новиков. -М.: Высшая школа, 1981.-203с.
6. Шалимова К.В. Физика полупроводников.. 2010: Лань, СПб., 384 c.:
7. http://www.technosphera.ru
9.3. Доступ к полнотекстовым базам данных из сети Интранет СПГГУ:
- БД JSTOR полнотекстовая база англоязычных научных журналов www.jstor.org
- Научная электронная библиотека www.eLibrary.ru (доступ к полным текстам ряда
научных журналов с 2007 по 2009 г. )
9.4. Электронные ресурсы других библиотек:
Национальные отечественныеи зарубежные библиотеки
1.
Российская государственная библиотека http://www.rsl.ru
2.
Российская национальная библиотека http://www.nlr.ru
3.
Всероссийская государственная библиотека иностранной литературы
им. М.И.Рудомино http://www.libfl.ru
4.
Библиотека Академии Наук http://www.rasl.ru
5.
Библиотека РАН по естественным наукам http://www.benran.ru
6.
Государственная публичная научно-техническая библиотека http://www.gpntb.ru
7.
Государственная публичная научно-техническая библиотека Сибирского
отделения РАН http://www.spsl.nsc.ru/
8.
Центральная научная библиотека Дальневосточного отделения РАН
http://lib.febras.ru
9. Центральная научная библиотека Уральского отделения РАН http://www.uran.ru
10. Библиотека Конгресса http://www.loc.gov/index.html
11. Британская национальная библиотека http://www.bl.uk
12. Французская национальная библиотека http://www.bnf.fr
13. Немецкая национальная библиотека http://www.ddb.de
14. Библиотечная сеть учреждений науки и образования RUSLANet
http://www.ruslan.ru:8001/rus/rcls/resources
15. Центральная городская универсальная библиотека им. В.Маяковского
http://www.pl.spb.ru
16. Научная библиотека им. М.Горького Санкт-Петербургского Государственного
университета (СПбГУ) http://www.lib.pu.ru
Фундаментальная
библиотека
Санкт-Петербургского
Государственного
Политехнического университета (СПбГПУ) http://www.unilib.neva.ru/rus/lib/
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной
аудитории, снабженной мультимедийными средствами для презентаций лекций,
видеофайлов практических занятий и демонстрационных лабораторных работ.
Проведение лабораторных занятий требует наличия специализированных
учебных стендов по заявленной номенклатуре лабораторных работ, оснащённых
современной контрольно-измерительной аппаратурой.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом
рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки бакалавра 210100
«Электроника и наноэлектроника».
10
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Изучение дисциплины производится в тематической последовательности.
Студенты очной формы обучения работают в соответствии с временным режимом,
установленным учебным рабочим планом для данных форм обучения. Информация о
временном графике работ сообщается преподавателем на установочной лекции.
Преподаватель дает указания также по
организации самостоятельной работы
студентов, срокам сдачи контрольных работ, выполнения лабораторных работ и
проведения тестирования.
Дисциплина «Материалы электронной техники», как указывалось выше, является
базовой дисциплиной. В связи с этим, приступая к ее изучению, необходимо
восстановить в памяти основные сведения из курса общей физики, математики и
указанных выше специальных дисциплин.
Методика и последовательность изучения дисциплины соответствуют перечню
содержания разделов дисциплины. Материал каждой темы насыщен математическими
соотношениями, физическая интерпретация которых зачастую достаточно сложна,
поэтому изучение материала требует серьезной, вдумчивой работы.
Изучать дисциплину рекомендуется по темам, предварительно ознакомившись с
содержанием каждой из них по программе учебной дисциплины. При первом чтении
следует стремиться к получению общего представления об изучаемых вопросах, а
также отметить трудные и неясные моменты. При повторном изучении темы
необходимо освоить все теоретические положения, математические зависимости и
выводы. Рекомендуется вникать в сущность того или иного вопроса, но не пытаться
запомнить отдельные факты и явления. Изучение любого вопроса на уровне сущности,
а не на уровне отдельных явлений, способствует наиболее глубокому и прочному
усвоению материала. Для более эффективного запоминания и усвоения изучаемого
материала, полезно иметь рабочую тетрадь (можно использовать лекционный
конспект) и заносить в нее формулировки законов и основных понятий, новые
незнакомые термины и названия, формулы, уравнения, математические зависимости и
их выводы. Целесообразно систематизировать изучаемый материал, проводить
обобщения разнообразных фактов, сводить их в таблицы. Подобная методика облегчает
запоминание и уменьшает объем конспектируемого материала. До тех пор пока тот или
иной раздел не усвоен, переходить к изучению новых разделов не следует. Краткий
конспект курса будет полезен при повторении материала в период подготовки к
экзамену.
Доцент кафедры
электронных систем
НМСУ «Горный», доцент
И.И.Растворова
11