Физические основы микро- и наносистемной техники
advertisement
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Физико-технический институт Кафедра микро- и нанотехнологий ФЕДОРЕЦ А.А. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И НАНОСИСТЕМНОЙ ТЕХНИКИ Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 28.03.01 «Нанотехнологии и микросистемная техника», очная форма обучения Тюменский государственный университет 2015 Федорец Александр Анатольевич. Физические основы микро- и наносистемной техники. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 28.03.01 «Нанотехнологии и микросистемная техника», очная форма обучения. Тюмень, 2015, _20_ стр. Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с учетом рекомендаций и ПрОП ВО по направлению и профилю подготовки. Рабочая программа дисциплины «Физические основы микро- и наносистемной техники» опубликована на сайте ТюмГУ: [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.utmn.ru, раздел «Образовательная деятельность», свободный. Рекомендовано к изданию кафедрой микро- и нанотехнологий. Утверждено директором Физико-технического института. ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: Кислицын А.А., заведующий кафедрой микро- и нанотехнологий, д-р. физ.-мат. наук, профессор © Тюменский государственный университет, 2015. © Федорец А.А., 2015. 1. Пояснительная записка: 1.1. Цели и задачи дисциплины. Целью дисциплины "Физические основы микро- и наносистемной техники" является получение студентами знаний о современных физических принципах функционирования элементов и компонентов микро- и наносистемной техники, методик их проектирования и реализации. Задачи учебного курса: изучить возможности современных аналитических микро- и наносистем. изучить фундаментальные законы, на которых базируется функционирование первичных преобразователей. изучить конструкций и принципы работы микромеханических приборов. уметь проектировать конструкций и технологий элементов “поверхностной” и “объемной” микромеханики. изучить технологические основы производства микромеханических приборов. владеть элементной базой микромеханических приборов. владеть методами проектирования приборов микро- и наносистемной техники. 1.2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина относиться к циклу базовых дисциплин «Профессионального цикла» учебного плана подготовки бакалавров по направлению: «Нанотехнологии и микросистемная техника» и является основной для формирования знаний о современных физических принципах и особенностях функционирования элементов и компонентов микро- и наносистемной техники, а также методов и инструментальных средств их проектирования. Студенты, обучающиеся по направлению: «Нанотехнологии и микросистемная техника» (28.03.01) и приступающие к освоению дисциплины, для ее успешного изучения необходимы знания и умения, приобретенные (или приобретаемые параллельно) в результате освоения предшествующих общепрофессиональных дисциплин: «Общая физика», «Математические методы моделирования физических процессов», «Интегральные уравнения и вариационное исчисление», а также некоторых и специальных дисциплин, в частности, «Теория теплофизических свойств веществ», «Физико-химические методы исследования вещества», «Термодинамика и физические свойства наноструктур», физика плазмы, термодинамика и теплофизические свойства наноструктур. Освоение дисциплины «Нанотехнологии и микросистемная техника» необходимо при подготовке и написании выпускной квалификационной работы. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами Таблица 1 п/п Наименование № обеспечиваемых (последующих) дисциплин Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин 1.1 1.2 1.3 1. Методы анализа и контроля наноструктурированных материалов и систем + + + 2 Дипломный проект + + + 2.1 + 2.2 2.3 + + + + 3.1 + 3.2 + 4.1 4.2 + + + + 1.3. Компетенции выпускника ООП бакалавриата, формируемые в результате освоения данной ООП ВПО. В результате освоения ООП бакалавриата выпускник должен обладать следующей компетенциямией: способностью проводить физико-математическое моделирование исследуемых процессов нанотехнологии и объектов нано- и микросистемной техники с использованием современных компьютерных технологий (ПК-1). 1.4. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине: В результате освоения дисциплины обучающийся должен: Знать: основные природные и техногенные объекты, лежащие в сфере интересов междисциплинарного направления микро- и нанотехнологии; основы классификации объектов нано- и микросистемной техники; физические принципы работы основных структур и компонентов нано- и микросистемной техники; технологические процессы и оборудование, применяемые в производстве материалов и компонентов нано- и микросистемной техники; Уметь: применять современные методы исследования компонентов нано- и микросистемной техники; применять методы моделирования с целью эффективной оптимизации свойств материалов и компонентов нано- и микросистемной техники, процессов нанотехнологий. Владеть: навыками расчета основных параметров материалов и компонентов нано- и микросистемной техники. 2. Структура и трудоемкость дисциплины. Семестр 5. Форма промежуточной аттестации экзамен . Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 академических часов, из них 76,65 часов, выделенных на контактную работу с преподавателем (из них иные виды работ 4,65 час.), 67,35 часа, выделенных на самостоятельную работу. 3. Тематический план. Таблица 2 Самостоятельная работа Из них ведущиеся в интерактивной форме 3 Лабораторные работы 2 Семинарские (практические) занятия 1 недели семестра Тема Лекции Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час. № 4 5 6 7 8 Итого часов по теме Итого количество баллов 9 10 1 1.1. 1.2. 1.3. 2 Модуль 1 Аналитические микро- и наносистемы Первичные преобразователи. Взаимная связь физических свойств и явлений в кристаллах. Микромеханические, термоэлектрические, оптические сенсоры, химические и биологические сенсоры Конструкции и принципы работы микромеханических приборов. Виды нагрузок 3 4 1,2 6 7 8 9 10 3 3 6 6 12 0–5 2,3 3 3 6 6 12 0 – 10 4,5 3 3 6 6 12 0 – 10 9 9 18 18 36 0 – 25 5,6 3 3 6 6 12 0–5 7,8 3 3 6 6 12 0 – 10 8,9 3 3 6 6 12 0 – 10 9 9 18 18 36 0 – 25 10,12 5 5 9 10 19 0 – 15 1214 4 4 9 8 17 0 – 10 9 9 18 18 36 0 – 25 1416 5 5 9 10 19 0 – 15 1718 4 4 9 8 17 0 – 10 9 36 9 36 18 72 18 72 36 144 0 – 25 0 – 100 Всего: 5 Модуль 2 2.1. Базовые структуры, компоненты и принципы их функционирования Конструкции и технологии элементов “поверхностной” и “объемной” микромеханики. Технологические основы производства микромеханических приборов 2.3. Элементная база микромеханических приборов 2.2. Всего: Модуль 3 Динамика чувствительных элементов микромеханических приборов. Микромеханические приводы движения. Микроакселерометры, микрогироскопы 3.2. Актюаторы. Актюаторные компоненты микросистемой техники 3.1. Всего: Модуль 4 Измерительные свойства микромеханических приборов. 4.2. Методы проектирования компонентов нано- и микросистемной техники 4.1. Всего: Итого за семестр (часов, баллов): * Самостоятельная работа (включая иные виды контактной работы) 4. Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля Устный опрос реферат эссе программы компьютерного тестирования комплексные ситуационные задания электронные практикум - - 0-2 - 0-3 - - - - - - - 0–5 1.2. Первичные преобразователи. Взаимная связь физических свойств и явлений в кристаллах. Микромеханические, термоэлектрические, оптические сенсоры, химические и биологические сенсоры. - - 0-4 - 0-6 - - - - - - - 0 – 10 1.3.Конструк -ции и принципы работы микромеханических приборов. Виды нагрузок. - - 0-4 - 0-6 - - - - - - - 0 – 10 другие формы тест 1.1.Аналитические микро- и наносистемы. контрольная работа лабораторная работа Информационные системы и технологии ответ на семинаре Технические формы контроля собеседование Письменные работы коллоквиумы № темы Итого количество баллов Таблица 3. Модуль 1 Всего: Модуль 2 2.1. Базовые структуры,компонен -ты и принципы их функционирования. 0-10 - - 0-3 0 – 25 0-15 - 0-2 - - - - - - - 0–5 2.2. Конструкции и технологии элементов «поверхностной» и «объемной» микромеханики. Технологические основы производства микромеханических приборов. 2.3. Элемент-ная база микромеханических приборов. Всего: Модуль 3 3.1. Динамика чувствиительных элементов микромеханических приборов. Микромеханические приводы движения. Микроакселерометры, микрогироскопы. 3.2. Актюаторы. Актюатор-ные компоненты микросистемой техники. Всего: Модуль 4 4.1. Измерительные свойства микромеханических - - 0-4 - 0-6 - - - - - - - 0 – 10 - - 0-3 - 0-7 - - - - - - - 0 – 10 0-10 - - 0-5 0 – 25 0-15 - 0-10 - - - - - - - 0 – 15 - - 0-5 - 0-10 - - 0-5 0-5 - - - - - - - 0 – 25 0-15 - 0-10 0 – 10 - - - - - - - 0 – 15 приборов. 4.2. Методы проектирования компонентов нано- и микросистемной техники Всего: Итого: - - 0-5 0-10 0-40 - 0-5 0-15 0-60 - - - - - - - 0 – 10 0 – 25 0 – 100 5. Содержание дисциплины. Модуль 1. Тема 1.1. Аналитические микро- и наносистемы. Лаборатории на кристалле (газовый хроматограф, жидкостный хроматограф, детектирующие устройства микролабораторий). Тензорезисторы (пьезорезистивный эффект и анизотропия пьезорезистивных коэффициентов, возможные конструкции). Микросистемные датчики давления. Датчики: ускорения, вибрации, удара, положения. Акселерометры (гибридный компенсационного типа, маятниковый компенсационный с электростатической обратной связью). Микромеханический наклономер. Тема 1.2. Первичные преобразователи. Взаимная связь физических свойств и явлений в кристаллах. Микромеханические, термоэлектрические, оптические сенсоры, химические и биологические сенсоры. Физические свойства веществ и эффекты в них, которые используются в изделиях микросистемной техники. Тензорное описание физических свойств кристаллов, электрических, механических и тепловых воздействий. Электромеханические, механические преобразователи - тензорезисторы, тензодиоды, транзисторы, емкостные преобразователи (ёмкостные датчики перемещения), диоды Ганна, микроэлектроды (туннельный эффект), пироэлектрический эффект, пьезоэлектрический эффект (пьезоэлектрические материалы); акустические - пьезопреобразователи, тензопреобразователи; электрические - микроэлектроды, ионочуствительные приборы; магнитные - датчики холла, магниторезисторы, магнитодиоды, магнитотранзисторы; тепловые - терморезисторы, диоды, транзисторы, пироэлектроны; световые - фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, приборы с зарядовой связью (ПЗС); химические - микроэлектроды, хемотронные приборы, ионочувствительные приборы; ядерные - полупроводниковые детекторы излучения. Сенсорные элементы микросистемой техники (сенсоры температуры на основе термопар; сенсоры угловых скоростей: волоконный оптический гироскоп, микромеханические гироскопы; сенсоры магнитного поля: эффект Холла, двухколлекторный магнитотранзистор). Субмикронные магнитные сенсоры (гигантское магнитное сопротивление (ГМС), распределение носителей заряда и тока в пленке с проводящими дисками при наличии магнитного поля). Микросенсоры расхода (газа, жидкости, чувствительность КМОП датчиков расхода газового потока). Микронасосы (клапанные микронасосы, пьезоэлектрический возбудитель, «перистальтический» микронасос, двухклапанный поршневой насос, термопневматический микронасос, бесклапанные микронасосы, микронасосы в микроисполнении, структура микронасоса на основе анизотропного травления кремния). Электрические микронасосы (на основе сил, действующих на диполь в неоднородном электрическом поле). Термоэлекрические сенсоры температуры, термоэлектричество (эффект Зеебека). Сенсор перепада температуры в газовом потоке. Резистивные сенсоры температуры (структура тонкопленочного терморезистора). Однополосковые структуры интегральных терморезистивных сенсоров (равномерно легированный эпитаксиальный терморезистор с мезаструктурой, равномерно легированный терморезистор с окисной изоляцией, диффузионный терморезистор, ионно-имплантированный терморезистор). Полупроводниковые сенсоры температуры (Ячейка Брокау и цепочка резисторов в эмиттерах транзисторов). Пьезоэлектрические датчики температуры. Использование сенсоров температуры в комбинации с другими преобразователями. Каталитические сенсоры концентрации газов (интегральный кремниевый сенсор водорода). Тепловые расходомеры (канал газового потока с нагревателем в нем). Кремниевые тепловые сенсоры расходомеров. Акселерометры с нагревом газа. Бесконтактное измерение температуры (тепловое излучение, зависимость интенсивности теплового излучения от длины волны и температуры, принцип действия приемников теплового излучения). Сенсоры излучения на основе термоэлектрического и терморезистивного эффектов (схема Al/p-Si термопары в интегральном исполнении, болометр с вакуумной (воздушной) тепловой изоляцией, вариант технологического процесса формирования сенсора с вакуумной термической изоляцией). Пироэлектрические датчики инфракрасного излучения (пироэлектрический сенсор температуры, двойной пироэлектрический датчик, схематическое поперечное сечение монолитного пироэлектрического элемента). Термопневматические детекторы. Детектор излучений инфракрасного диапазона на основе ячейки Голея. Тема 1.3. Конструкции и принципы работы микромеханических приборов. Виды нагрузок. Акселератометры (осевые, маятниковые). Датчики давления (Чувствительные элементы, базовые конструкции). Гироскопы (микрогироскопы LL-типа, одномассовые микрогироскопы, двухмассовые микрогироскопы, LR и RR типов, гироскопический момент и чувствительные элементы микрогироскопов, конструкция микрогироскопов, камертонные и волновые микрогироскопы). Модуль 2. Тема 2.1. Базовые структуры, компоненты и принципы их функционирования. Измерения, физические принципы преобразования величин, используемых для построения пассивных датчиков, и их метрологические характеристики. Погрешность, чувствительность измерения, пределы применимости датчиков. Линейность характеристики. Механические свойства монокристаллического кремния, чувствительность к условиям производства. Свойства кремния и других материалов (характерные черты кристаллической структуры и виды химических связей: ионная, ковалентная, металлическая, ван-дер-ваальса, водородная; описание структуры кристаллов (индексы: плоскостей, Миллера; структура алмаза), связь свойств кристаллов кремния со структурой его решётки: разрезы структуры кремния). Тема 2.2. Конструкции и технологии элементов “поверхностной” и “объемной” микромеханики. Технологические основы производства микромеханических приборов. Материалы (кристаллы, символы граней и направлений, кремний арсенид галлия, кремниевые компаунды, металлы). Травление – один из способов формирования при изготовлении элементов микросистемной техники (создание структуры поверхности монокристаллического кремния, примеры формирования более сложной структуры). Травление: изотропное, анизотропное, др. виды; контроль размерных параметров при травлении. Выращивание и депонирование тонких плёнок (эпитаксия, диффузия, ионная имплантация). Литография (фотоли- тография, электронно-лучевая литография, рентгеновская литография). Изготовление микроструктур (базовые технологии формообразования, микроэлектронные элементы). Сборка микромеханического прибора. Испытания механических свойств материалов микромеханических структур. Технологические процессы изготовления элементов микросистемной техники (технологии объёмной микросборки, технологии рентгенолитографии, гальваники и формовки (LIGA), технологии ультрафиолетовой литографии, гальваники и формовки (SIGA), технология поверхностной микросборки, технологический процесс 3-х слойной поликристаллической поверхностной микрообработки (MUMPs), Технология сверхпланарных много уровневых микромеханических систем фирмы Sandia (SUMMiT). Эффекты масштабирования. Тема 2.3. Элементная база микромеханических приборов. Упругие подвесы и мембраны (упругие подвесы для микроакселерометров: жёсткость подвесов, главные формы и частоты малых колебаний чувствительных элементов, влияние массы упругих элементов на частоту собственных колебаний. Упругие подвесы микрогироскопов LL и RR, влияние растягивающих сил на жесткость упругих элементов. Мембраны микродатчиков давления: мембрана одинаковой толщины, мембрана с жёстким центром. Прямые преобразователи: ёмкостные преобразователи перемещений, преобразователь на МДП-транзисторе. Транзиторные преобразователи деформаций. Преобразователи деформаций на поверхностноакустических волнах и на струне. Обратные преобразователи (актюаторы): электростатические преобразователи, магнитоэлектрические преобразователи, электромагнитные преобразователи. Электронные средства обработки сигналов микромеханических приборов: микроакселерометров и датчиков давления (схемы с аналоговым выходом, схемы с частотным выходом, схемы с широтно-импульсной модуляцией), микрогироскопы (задачи, решаемые электронными средствами, и методы их реализации, режим движения, режим чувствительности, обработка сигналов). Модуль 3. Тема 3.1. Динамика чувствительных элементов микромеханических приборов. Микромеханические приводы движения. Микроакселерометры, микрогироскопы. Жесткость микромеханических элементов при изгибе. Жесткость микромеханических элементов при сдвиге (кручении). Демпфирование колебаний микромеханических элементов. Уравнения движения чувствительных элементов микроакселерометров: осевой и маятниковый микроакселерометры. Передаточная функция чувствительного элемента микроакселерометра: осевой и маятниковый микроакселерометры. Уравнения движения и передаточная функция чувствительного элемента микродатчика давления. Уравнения движения микрогироскопов (LL и LR типа): обобщённые уравнения, частные уравнения. Микрогироскопы RR типа: (обобщённые уравнения, частные решения). Электростатические силы и частотная настройка режимов колебаний микрогироскопов. Демпфирование частотных элементов микрогироскопов: газовое демпфирование, конструкционное демпфирование. Динамика гармонических осцилляторов: линейные осцилляторы, влияние нелинейной упругости подвеса. Динамика чувствительных элементов маятниковых акселерометров: на вибрирующем основании, на поступательно перемещающемся основании, 1-я и 2-я формы колебаний маятникового чувствительного элемента на вибрирующем основании. Динамика чувствительных элементов микродатчика давления. Динамика чувствительных элементов микрогироскопа. Вибрационные и стержневые гироскопы. Применение микроакселерометров и гироскопов. Тема 3.2. Актюаторы. Актюаторные компоненты микросистемой техники. Интегральные микромеханические реле. Оптические компоненты микросистемной техники с электростатической активацией. Микрозеркала с электростатическими актюаторами. Микрозеркала с гребенчатыми электростатическими актюаторами. Планарные электростатические микродвигатели. Планарные микродвигатели на основе тонких сегнетоэлектрических пленок. Электрический микронасос. Актюаторные элементы микросистемной техники (микронансосы: электрогидродинамические микронасосы, механические микронансосы с активными клапанами, механические микронасосы с пассивными клапанами; интегральные микрозеркала; интегральные микромеханические ключи: параметры; интегральные микродвигатели: электрические воздушные планарные микродвигатели, электрические диэлектрические планарные микродвигатели, пьезоэлектрический микродвигатель). Модуль №4 Тема 4.1. Измерительные свойства микромеханических приборов. Микроакселерометры прямого преобразования: осевого, маятникового. Микроакселерометры компенсационного преобразования: микроакселерометры с электростатической и магнитоэлектрической обратной связью. Корреляции частотных характеристик. Ошибки измерения микроакселерометрами. Микродатчика давления компенсационного преобразования: с электростатической и магнитоэлектрической обратной связью. Формирование выходных сигналов микрогироскопов: прямое преобразование (микрогироскопы LR, LL и RR типов), компенсационное преобразование. Зависимость измерительных свойств микрогироскопов от конструктивных параметров и внешних возмущений: масштабный коэффициент и частотная настройка, зависимость частот, расстройки частот и масштабных коэффициентов от измерения геометрических размеров ротора и упругих элементов подвеса. Влияние линейной и угловой вибрации основания. Влияние ориентации упругих элементов подвеса на пластине монокристаллического кремния. Шум в микромеханических приборах (происхождение теплового шума, происхождение механического шума, механический шум микроакселерометров и микродатчиков давления, механический шум микрогироскопов); Тема 4.2. Методы проектирования компонентов нано- и микросистемной техники. Схемы формирования сигналов пассивных датчиков, включение датчиков: дифференциальное, мост. Разомкнутая и замкнутая структура измерительных устройств для датчиков. Проектирование элементов микросистемной техники (язык описания элементов микросистем VHDL-AMS; проектирование элементов микросистемной техники в САПР Tanner Pro: библиотека MEMSLib, системный редктор S-Edit, редактор топологии L-Edit, подсистема схемотехнического моделирования T-Space; проектирование элементов микросистемной техники в САПР Conventor Ware: программа Architect, программа Designer, программа System Builder, программа Analyser; прогрмма конечно-элементного моделирования ANSYS: режим работы, маршрут моделирования элементов микросистемной техники). 5. Темы семинарских занятий. Семинарские занятия не предусмотрены учебным планом. 6. Темы лабораторных работ (Лабораторный практикум). 1. Расчёт перемещения, совершаемого консольной балкой под действием внешней силы. 2. Расчёт перемещения, совершаемого консольной балкой под действием электростатической силы. 3. Расчёт изменений линейных размеров балки под действием внешних сил 4. Расчёт динамических характеристик микроэлектромеханической системы. 5. Расчёт изменений линейных размеров балки под действием температуры. 6. Расчёт перемещения, совершаемого актюатором заданной формы. 7. Изучение технологических норм изготовления компонентов микросистемной техники (изучение технических норм изготовления процесса поверхностной микросборки MUMPs). 8. Проектирование двухэлектродного электрического актюатора (в зависимости от физико-топологических параметров электростатического актюатора с 2-я отклоняющими электродами рассчитать и нарисовать в редакторе L-Edit программы Tanner Pro его топологию). 9. Проектирование гребенчатого электростатического актюатора (в зависимости от физико-топологических параметров электростатическаого актюатора с 2-я отклоняющими электродами рассчитать в программе Matlab и нарисовать в редаторе L-Edit его топологию). 7. Примерная тематика курсовых работ Курсовые работы не предусмотрены учебным планом. 8. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины Таблица 4. Модули № и темы Виды СРС обязательные дополнительные Неделя семестра Объем часов Кол-во баллов 1 4 0-4 2,3 6 0-4 4 6 0-4 16 0-12 Пятый семестр Модуль 1 1.1 Аналитические микро- и наносистемы 1. Работа с учебной литературой. Докладпрезентация 2. Выполнение домашнего задания 3. Проработка лекций 1.2 1. 3 Первичные преобразователи. Взаимная связь физических свойств и явлений в кристаллах. Микромеханические, термоэлектрические, оптические сенсоры, химические и биологические сенсоры. 1. Работа с учебной литературой. Конструкции и принципы работы микромеханических приборов. Виды нагрузок 1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций Всего по модулю 1: Модуль 2 2.1 Базовые структуры, компоненты и принципы их функционирования 1. Работа с учебной литературой. 5,6 6 0-4 7,8 6 0-5 9,10 8 0-5 20 14 11,12 9 0-6 13,14 9 0-6 18 0-12 15-16 9 0-6 17-18 9 0-6 18 0-12 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций 2.2 2.3 Конструкции и технологии элементов “поверхностной” и “объемной” микромеханики. Технологические основы производства микромеханических приборов 1. Работа с учебной литературой. Элементная база микромеханических приборов 1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций Всего по модулю 2: Модуль 3 3.1 3.2 Динамика чувствительных элементов микромеханических приборов. Микромеханические приводы движения. Микроакселерометры, микрогироскопы 1. Работа с учебной литературой. Актюаторы. Актюаторные компоненты микросистемой техники 1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций Всего по модулю 3: 4.1 Измерительные свойства микромеханических приборов 1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций 4.2 Методы проектирования компонентов нано- и микросистемной техники 1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций Модуль 4 ИТОГО: 72 0-50 9. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля). В соответствии с приказом от 19 декабря 2013 г. №1367 фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации по дисциплине (модулю) или практике включает в себя: 9.1. Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе освоения образовательной программы (выдержка из матрицы компетенций): Способностью проводить физико-математическое моделирование исследуемых процессов нанотехнологии и объектов нано- и микросистемной техники с использованием современных компьютерных технологий (ПК-1). Таблица 5 Выдержка из матрицы компетенций Механика сплошных сред Электродинамика Термодинамические свойства наноструктур Методы моделирования физических процессов Физика твердого тела + Квантовая теория + Электротехника Оптика + Радиофизика Дифференциальные уравнения + Вычислительная физика Молекулярная физика + 3 семестр Электричество и магнетизм Механика + Теоретическая механика Химия ПК-1 2 семестр Математический анализ Циклы, дисциплины (модули) учебного плана ОП 28.03.01 Нанотехнологии и микросистемная техника, 1 семестр + + + + + + + + + + 9.2. Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формирования, описание шкал оценивания: Код компетенции Карта компетенций Формулировка компетенции* Результаты обучения в целом** ПК-1 Знает: Способностью проводить физикоматематическое моделирование исследуемых процессов нанотехнологии и объектов нано- и микросистемной техники с использованием современных компьютерных технологий Умеет: Владеет: Таблица 6 Результаты обучения по уровням освоения материала минимальный базовый повышенный курс физики и математики, основы электричества и магнетизма, базовыми знаниями в области квантовой теории курс физики и курс высшей математики, электричества и магнетизма, знаниями квантовой теории, а также технологических основ производства микромеханических приборов курс физики и основы математического анализа, электричества и магнетизма, знаниями в области квантовой теории, а также владеть методами проектирования приборов микро- и наносистемной техники применять знания об основных проблемах физики в простых жизненных ситуациях применять знания об основных проблемах физики в сложных жизненных ситуациях составлять математические модели физических процессов навыками работы с компьютерными программами для составления презентаций технологией использования естественнонаучных знаний; владеет разными компьютерными способами сбора, обработки и представления информации компьютерными методами визуализации процессов Виды занятий (лекции, практические, семинарские, лабораторные) Оценочные средства (тесты, творческие работы, проекты и др.) решение учебных задач, комплекслабораторные занятия, лекции ные ситуационные задания 9.3. Методические материалы, определяющие процедуры оценивания знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности характеризующих этапы формирования компетенций. Выполнение лабораторных работ оценивается в виде тестов. Во время учебного семестра для промежуточной аттестации студент также подготавливает доклад-презентацию по одной из тем содержания дисциплины (по выбору). Студенты, набравшие 35 баллов, являются допущенными к сдаче зачета. Зачет проводится в виде собеседования и представления второго доклада-презентации по одной из тем содержания дисциплины (по выбору). Студенты, набравшие от 35 до 60 баллов, получают не допускаются к экзамену. Студенты, выполнившие учебный план и набравшие от 61 до 100 баллов, допускаются к экзамену или получают оценку исходя из набранных баллов. Примерные вопросы к экзамену 1. Взаимная связь физических свойств и явлений в кристаллах. 2. Современные виды аналитических микро- и наносистем. 3. Особенности применения первичных преобразователей. 4. Микромеханические сенсоры. 5. Термоэлектрические сенсоры. 6. Ооптические сенсоры. 7. Химические сенсоры. 8. Биологические сенсоры. 9. Требования, предъявляемые к современным сенсорам. 10. Виды микромеханических приборов. 11. Шум в микромеханических приборах 12. Технологии производства микромеханических приборов. 13. Особенности актюаторных компонентов современных технологий. 14. Динамика чувствительных элементов. 15. Особенности измерений приборами микро- и наносистемной техники. 16. Современные инструменты проектирования микро- и наносистемных устройств. 17. Технологические нормы изготовления компонентов микросистемной техники. 18. Микромеханические приводы движения. Микроакселерометры, микрогироскопы. . 10. Образовательные технологии. В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Микро- и нанофлюидика» предусматривается использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных форм проведения занятий: лекции; практические занятия; лабораторные занятия. 11. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля). 11.1. Основная литература: 1. Шмидберская, А.А. Физико-химические процессы в нанотехнологиях: учеб.метод. пособие / А.А. Шмидберская, П.А. Шмидберский - Тюмень: Изд-во ТюмГУ, 2008. 108 с. АБ(100) 2. Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / И.П. Суздалев. 2-е изд., испр.- М.: URSS, 2009. - 592 с. АБ(13), КХ(2) 3. Нанотехнологии и специальные материалы: учебное пособие / под ред. Ю.П. Солнцев. - СПб : Химиздат, 2009. - 336 с.; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=98343 ________________________________________________________________ 11.2. Дополнительная литература: 1. Ролдугин, В.И. Физикохимия поверхности / В.И. Ролдугин - Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2008. - 568 с. АБ(15) 2. Старостин, В.В. Материалы и методы нанотехнологий: учеб. пособие / В.В. Старостин – М: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. – 431 с. КХ(5) 3. Витязь, П.А. Основы нанотехнологий и наноматериалов : учебное пособие / П.А. Витязь, Н.А. Свидунович. - Минск: Вышэйшая школа, 2010. - 304 с.; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=109924 4. Антоненко, С.В. Технология наноструктур : учебное пособие / С.В. Антоненко. М. : МИФИ, 2008. - 116 с. - ISBN 978-5-7262-0947-0 ; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=231530 11.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы: 1. eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://elibrary.ru/ 2. ЭБС «Znanium.com» http://znanium.com/ 3. ЭБС «Университетская библиотека онлайн» http://www.biblioclub.ru 12. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем (при необходимости). Применение мультимедийного оборудования для проведения докладов-презентаций. Работа с Интернетом. Работа с информационным порталом ИБЦ ТюмГУ. 13. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля). Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, лабораторная аудитория, лабораторная экспериментальная установка «Кластер», многоцелевой анализатор жидкостей «Фотекон». 14. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины (модуля). Формирование у студентов способностей и умения самостоятельно добывать знания из различных источников, систематизировать полученную информацию и эффективно её использовать происходит через участие студентов в лабораторных занятиях. Самостоятельная работа студентов играет решающую роль в ходе всего учебного процесса. При подготовке к лабораторным занятиям в течение семестра и зачету студент должен использовать литературу, рекомендованную преподавателем. Если в процессе самостоятельной работы над изучением теоретического материала у студента возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно не удается, необходимо обратиться к преподавателю для получения у него разъяснений или указаний. Дополнения и изменения в рабочей программе на 201_ / 201_ учебный год В рабочую программу вносятся следующие изменения: _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ __ Рабочая программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры ____________________ « »_______________201 г. Заведующий кафедрой ___________________/___________________/ Роспись Ф.И.О.
