03.06.01 РПУД Физические основы формирования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ШКОЛА ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК
Направление подготовки 03.06.01 – «Физика и астрономия»,
профиль «Физика конденсированного состояния»
Образовательная программа «Физика конденсированного состояния»
Форма подготовки (очная)
Школа естественных наук ДВФУ
Кафедра теоретической и экспериментальной физики
курс 2 семестр 3
лекции 18 час. / 0,5 з.е.
практические занятия ___18 __час. /_0,5__ з.е.
лабораторные работы ___--____час. /__-__ з.е.
всего часов аудиторной нагрузки 36 (час.) / 1 з.е.
самостоятельная работа 72 (час.) / 2 з.е.
контрольные работы (количество)
курсовая работа / курсовой проект ____--_____ семестр
зачет ____--_______ семестр
экзамен 3 семестр
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного
образовательного стандарта высшего образования (уровень подготовки кадров высшей
квалификации), утвержденного приказом министерства образования и науки РФ от 30 июля 2014
№ 867
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры физики низкоразмерных структур,
протокол № ___ от « ___» ________ 201 г.
Заведующий кафедрой: СаранинА.А.
Составитель (ли): д-р физ.-мат. наук, профессор, профессор каф. физики низкоразмерных структур
ЧеботкевичЛ.А.
Оборотная сторона титульного листа РПУД
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ _
(подпись)
(И.О. Фамилия)
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________
(подпись)
(И.О. Фамилия)
Аннотация
Дисциплина «Физические основы формирования конденсированных сред»
предназначена для аспирантов, обучающихся по образовательной программе
«Физика конденсированного состояния» и
входит в вариативную часть
учебного плана.
При разработке рабочей программы учебной дисциплины использованы
Федеральный
государственный
образовательный
стандарт
высшего
образования (уровень подготовки кадров высшей квалификации) по
направлению подготовки 03.06.01 – «Физика и астрономия», учебный план
подготовки аспирантов по профилю «Физика конденсированного состояния»
Цель
Ознакомление с особенностями тонких пленок наноструктур (нанодиски,
нанопроволоки): их ростом и структурой, а также зависимостью структуры
пленок от технологии получения; физическими свойствами
магнитных
пленок; квантовыми нитями; квантовыми цепочками; квантовыми точками.
.
Задачи:
1.
Получение
знаний
по
формированию
наноструктурированных
объектов.
2.
Установление взаимосвязи между структурой наноразмерных частиц и
их физическими свойствами.
3.
Особенности формирования эпитаксиальных и поликристаллических
структур.
Задачи изучения дисциплины раскрываются через изложение требуемых
результатов изучения дисциплины, характеризующие знания, умения и
формируемые компетенции
компетенций).
(в
соответствии
с
ФГОС
и
паспортом
Интерактивные формы обучениясоставляют 27часов и включают в себя
дискуссии
по
основным
вопросам
образовательной
программы
на
практических занятиях.
Компетенции выпускника, формируемые в результате изучения
дисциплины.
Универсальные компетенции:

УК-1. Способность к критическому анализу и оценке современных
научных
достижений,
генерированию
новых
идей
при
решении
исследовательских и практических задач, в том числе в междисциплинарных
областях,
Общепрофессиональные компетенции:

ОПК-1.
Способностью
самостоятельно
осуществлять
научно-
исследовательскую деятельность в области физики конденсированного
состояния
с
использованием
современных
методов
исследования
и
информационно-коммуникационных технологий,
Профессиональные компетенции:

ПК-1. Владение методами математического описания физических
процессов, протекающих в конденсированных средах,

ПК-2.
Владение
основными
методами
экспериментального
исследования структуры конденсированных сред,

ПК-3. Владение основными методами исследования физических
свойств и функциональных характеристик конденсированных сред.
Требования к уровню усвоения содержания дисциплины.
Аспиранты должны приобрести следующие знания и умения:
-знать:
1. основные методы математического описания физических процессов,
протекающих в конденсированных средах
2. основные
методы
экспериментального
исследования
структуры
конденсированных сред
3. основные
типы
лабораторных
установок
(оборудования)
для
экспериментального исследования структуры конденсированных сред
4. основные
методы
исследования
физических
свойств
конденсированных сред
5. методы
исследования
функциональных
характеристик
конденсированных сред
6. современное
состояние
науки
в
выбранной
области
физики
конденсированных сред
7. современные
способы
использования
информационно-
коммуникационных технологий в области физики конденсированного
состояния
Уметь:
1. выбирать математические методы необходимые для описания
физических процессов, протекающих в конденсированных средах ,
2. критически
оценивать
математических
область
методов
для
применимости
описания
выбранных
протекающих
в
конденсированных средах физических процессов,
3. обосновано выбирать методы экспериментального исследования
структуры конденсированных сред,
4. использовать
современное
лабораторное
оборудование
для
проведения эксперимента,
5. выбирать и применять методы исследования физических свойств
конденсированных сред,
6. выбирать и применять методы исследования функциональных
характеристик конденсированных сред.
7. рационально организовывать научную работу в выбранной области
физики конденсированных сред
8. представлять результаты научной работы
9. Готовить заявки на получение научных грантов и заключения
контрактов по НИР в выбранной области физики конденсированных
сред
I.
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
КУРСА
Модуль 1. Формирование конденсированных сред(6 часов / в том числе 3
часа в интерактивной форме)
Раздел I. Термодинамическая теория (2/1 час.)
1. Размер критического зародыша.
2. Роль температуры подложки, скорости осаждения при формировании
критического размера островка.
3. Взаимодействие островков с подложкой на границе раздела
Раздел 2. Микрокинетическая теория конденсации(2/1 час.)
1. Условия полной и неполной конденсации в начальной стадии роста.
Испарение зародышей.
2. Критическое
число
зародышей
и
критическая
скорость
роста
зародышей. Коэффициент прилипания и замедленная конденсация.
3. Рост на идеальной поверхности и поверхности содержащей дефекты.
Раздел 3. Теория гетерогеннонго образования зародышей (2/1 час.)
1. Форма зародышей и контактный угол. Анализ некоторых следствий
изменения контактного угла.
2. Зарождение и разрастание зародышей. Структура поверхности раздела
фаз.
3. Температура подложки и ее влияние на образование зародышей.
4. Роль несовершенства подложки в процессе формирования конденсата.
Влияние примесей.
Модуль 2. Морфологическая эволюция островковых пленок (4 часа / в
том числе 2 часа в интерактивной форме)
Раздел 1. Основные типы морфологических изменений (2/1 час.)
1. Взаимодействие островков с подложкой на границе раздела.
2. Механизмы конденсации пленок: парпереохлажденная жидкость ,
пар кристалл, пар жидкость .кристалл.
3. Коалесценция,
коагуляция,
образование
каналов.
Образование
сплошной пленки.
Раздел 2. Формирование дефектов кристаллического строения пленок
при различных механизмах формирования пленок (2/1 час.)
1. Механизм паркристалл без коалесценции и паркристалл с
коалесценцией.
2. Дефекты типа дислокации и двойники.
3. Основные характеристики дислокаций: линия дислокаций, вектор
Бюргерса, единичный вектор Бюргерса.
4. Напряжения, создаваемые дислокациями, энергия дислокаций.
5. Взаимодействие
дислокаций
и
взаимодействие
точечными дефектами.
6. Малоугловые и большеугловыемежзеренные границы.
дислокации
с
Модуль 3. Формирование эпитаксиальных пленок (4 часа / в том числе 2
часа в интерактивной форме)
Раздел 1. Теория эпитаксиального наращивания (2/1 час.)
1. Теория геометрического соответствия между решетками выращенного
слоя и подложкой.
2. Теорияоснованная на зарождении центров кристаллизации.
3. Влияние совершенства подложки и точечных дефектов на рост
эпитаксиальных пленок.
4. Влияние температуры подложки и скорости осаждения на структуру
пленок.
5. Виды эпитаксии и типы границ сопряжения.
Раздел 2. Структура границ сопряжения (2/1 час.)
1. Компенсация несоответствия параметров решеток пленки и подложки
согласно теории эпитаксиального роста Франка и Ван-дер-Мерве.
2. Снятие несоответствия параметров решеток пленки и подложки
упругими напряжениями и образованием дислокаций несоответствия
(графики).
3. Критический радиус зерна и критическая толщина пленки.
Модуль 4. Влияние толщины и температуры подложки на размер зерна
впленках и наноструктурах (4 часа / в том числе 2 часа в интерактивной
форме)
Раздел 1 Механические, электрические и магнитные свойства тонких
пленок и наноразмерных структур (2/1 час.)
1. Размер зерен, плотность межзеренных границ, внутренние напряжения
конденсатов.
2. Механические свойства наноструктурированных пленок.
3. Магнитные
коэрцитивная
свойства
сила,
(магнитная
поле
наведенная
насыщения,
поля
анизотропия,
переключения)
и
электросопротивление в зависимости от толщины , размера зерна и
структурных дефектов.
Раздел 2. Многослойные наноструктурированные пленки (2/1 час.)
1. Гигантское
(изотропное)
и
анизотропноемагнитосопротивление.
Продольное и поперечное магнитосопротивление.
2. Косвенное обменное взаимодействие. Роль немагнитной прослойки и
осцилляции магнитосопротивления.
3. Осцилляции
магнитных
параметров
(коэрцитивной
силы,
поля
насыщения) с изменением толщины немагнитной прослойки.
II.
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
КУРСА
Структура и содержание практической части курса включает в себя тематику
и содержание практических занятий, семинаров, лабораторных работ.
Практические занятия/ Семинары(18 часов / в том числе 18 часов в
интерактивной форме)
Занятие 1. Методы исследования наноструктурированных
нанопроволок (4час.)
1. Дифракция быстрых электронов…(1 час.).
2. Сканирующая туннельная микроскопия(1 час).
пленок и
3. Магнитная силовая микроскопия (1час).
4. Магнитооптический эффект Керра(1час).
Занятие 2. Ионная имплантация ( 4 час.)
1. Ядерное и электронное торможение. Эффект каналирования (1час)
2. Длина проецированная пробега имплантированного иона и залегание np перехода (1 час)
3. Профили ионно-имплантированных примесей (1 час)
4. Типы радиационных дефектов (1 час)
Занятие 3 Получение наноразмерных структур методом электронной
литографии (4 час)
1. Виды
литографии:
рентгеновская
литография,
ионно-лучевая,
электронно-лучевая. (1 час)
2. Требования предъявляемые в резистам (1 час)
3. Источники ионов двуплазменный, жидко металлический, газофазный
(1час)
4. Электронно-лучевая
литография.
Разрешающая
способность
электронно-лучевой литографии. Глубина резкости изображения (1час)
Занятие 4..Вакуумные методы получения пленок(6час)
1. Термическое нанесение пленок в вакууме: резистивный метод,
молекулярно- лучевой, твердофазная эпитаксия (2)
2. Ионно- плазменный метод (2)
3. Получение пленок методом магнетронного распыления (2час)
III.
КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
Фонд оценочных средств прилагается.
IV.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. Дубровский, В.Г. Теоретические основы технологии полупроводниковых
наноструктур: Учебное пособие / В. Г. Дубровский - СПб.: СПбГПУ, 2006.
- 347 с. http://window.edu.ru/resource/346/63346/
2. Юраков, Ю.А. Получение тонких пленок сложного состава методом
испарения и конденсации в вакууме: Учебно-методическое пособие для
вузов / Ю. А. Юраков - Воронеж: Изд-во ВГУ, 2008. - 18 с.
http://window.edu.ru/resource/535/65535/
3. Григорьев, Ф.И. Осаждение тонких пленок из низкотемпературной
плазмы и ионных пучков в технологии микроэлектроники: Учебное
пособие / Моск. гос. ин-т электроники и математики / Ф. И. Григорьев М., 2006. - 36 с. http://window.edu.ru/resource/783/76783
4. Дубровский, В. Г. Теория формирования эпитаксиальных наноструктур /
В.
Г.
Дубровский.
–
М.:
Физматлит.,
2009.
–
350
с.http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:290022&theme=FEFU
Дополнительная литература
1. Е. Оненкова, В. Бессолов Эпитаксиальные слои нитридов алюминия и
гелия на кремнии // LAP LambertAcademicPu,lishing/
2013. - 72
С.https://www.lap-publishing.com/catalog/details//store/ru/book/978-3-65935832-6
2. Кривулин Н.О., Павлов В.А., Шиляев П.А. Влияние дефектов на
механические свойства эпитаксиальных слоев кремния на сапфире/
Вестник Нижегопродского университета им. Н.И. Лобачевского .2012
№ 3-1. http://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-defektov-na-mehanicheskiesvoystva-epitaksialnyh-sloev-kremniya-na-sapfire
3. Старостин В.В. Материалы и методы нанотехнологии: Учебное
пособие / Под общ.редакцией Л.Н. Патрикеева. - М.: БИНОМ.
Лаборатория
знаний,
2008.
http://window.edu.ru/resource/622/64622
-
431
с.: