Рабоч ая учебная программа дисциплины Нанотехнологии в электронике
Скачать 256.45 Kb.
|
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 « » 20 г. Рабочая учебная программа дисциплины Нанотехнологии в электронике Направление подготовки 240100 Химическая технология Профиль подготовки Химическая технология материалов и изделий электроники и наноэлектроники Квалификация (степень) Бакалавр Форма обучения очная Иваново, 2010 1. Цели освоения дисциплины Предметом изучения являются: 1) нанотехнологические процессы, применяющиеся или имеющие перспективы применения в технологии изделий электронной техники; 2) новые виды приборов, функционирущие на основе квантовых эффектов в наноразмерных структурах. Нанотехнологии относят к классу так называемых высоких технологий и их применение позволяет не только интенсифицировать производство тех или иных изделий, но и совершить скачок в технологических параметрах и качестве приборов. Поэтому важность изучения таких вопросов при подготовке бакалавра очевидна. 2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина предлагается для свободного выбора студентами по данному профилю, базируется на результатах изучения дисциплин естественно-научного цикла, в том числе математики, физики, химии, информатики, а так же дисциплин профиля: «Физическая химия твердого тела», «Основы технологии электронной компонентной базы», «Вакуумно-плазменные процессы и технологии», «Процессы микро и нанотехнологий», «Технология тонких пленок и покрытий». 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, волновые процессы, геометрическую и волновую оптику, основы квантовой механики, строение многоэлектронных атомов, квантовую статистику электронов металлах и полупроводниках, строение ядра, классификацию элементарных частиц; - 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; - 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:
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины обучающийся должен: знать: роль и возможности интенсивных технологий в производстве материалов и изделий твердотельной электроники и смежных областях техники; о классификации объектов наномира и общих законах масштабирования физико-химических свойств веществ при уменьшении количества (размеров) вещества; основы физики, физической химии и квантовой механики твердого тела, определяющие специфические свойства объектов наномира; теоретические основы физико-химических методов контроля структуры и химических свойств наноразмерных объектов; физико-химические свойства индивидуальных наночастиц и наноструктурированных объемных материалов. уметь: применять полученные знания при теоретическом анализе, компьютерном моделировании и экспериментальном исследовании физических процессов, лежащих в основе нанотехнологии изготовления современных приборов электроники; основные методы получения наночастиц и наноструктур. владеть: информацией об областях применения и перспективах развития нанотехнологий; навыками анализа первичных экспериментальных данных исследования структуры и физико-химических свойств наночастиц и нанообъектов с использованием основных методов. 4. Структура дисциплины Нанотехнологии в электронике Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единиц, 288 часов.
5. Содержание дисциплины 5.1. Содержание разделов дисциплины Модуль 1. Микроэлектроника и нанотехнологии: общие понятия и терминология. Микроэлектроника как катализатор промышленного прогресса. Современное состояние технологии интегральной электроники: материалы, процессы, приборы. Специфика технологии: наукоемкость, электронная гигиена. Вторая и третья транзисторные революции. Степень интеграции ИМС. Закон Мура. Проблемы масштабирования размеров элементов ИМС при переходе от «микро» к «нано»: ограничения и недостатки традиционных технологий, квантовые ограничения. Начала наноэлектроники. Понятие нанотехнологии. Изменение физико-химических свойств вещества при масштабировании размеров от макро- к микро- и нано-. Классификация объектов наномира. Причины отличий физико-химических свойств наночастиц и компактного вещества. Современные методы исследования строения и химической природы веществ. Инструментальные методы сканирующей зондовой микроскопии: управляемое манипулирование нанообъектами. Место и роль нанотехнологий в современном мире. Успехи и достижения последнего десятилетия. Национальная нанотехнологическая программа: основные направления развития и ожидаемые эффекты. Модуль 2. Методы нанесения проводящих, полупроводниковых и диэлектрических покрытий в технологии микро- и нано-электроники. Вакуум-плазменные методы нанесения покрытий и функциональных слоев ИМС: термическое окисление, напыление, химическое осаждение из газовой фазы, эпитаксия. Проблемы классических технологий: критическая толщина покрытия, адгезия, дефектность кристаллических структур. Плазмо-стимулированные процессы осаждения пленок. Термическое окисление пористых структур. Локальное окисление с помощью СЗМ. Молекулярно-лучевая эпитаксия. МОС-гидридная эпитаксия. Гетероэпитаксия. Самосборка при эпитаксии: островковые структуры и монослои. Технология гетерофазного получения нанопокрытий (метод Лангмюра-Блоджетт). Модуль 3. Литография, очистка и размерное травление в технологии микро- и нано-электроники. Фотолитография как традиционный метод формирования топологического рельефа ИМС. Проблемы фотолитографии, дифракционные ограничения. Современные методы фотолитографии с использованием глубокого и сверхглубокого ультафиолета. Рентгенолитография. Электронно-лучевая литография. Ионно-лучевая литография. Лазерная литография. Современные методы механической литографии: нанотиснение и нанопечать. История развития технологии травления, жидкостные методы и их недостатки. Парамеры процесса (селективность, анизотропия, равномерность) и методы их оптимизации. Вакуумно-плазменные методы травления и очистки: ионное травление, ионно-химическое травление, плазмохимическое травление. Радиационные повреждения кроисталлических структур и методы их устранения. Фото- и лазеро-стимулированное травление. Бош-процесс. Модуль 4. Электронные приборы на квантоворазмерных эффектах. Наноинформатика и квантовые компьютеры. Микро- и нано-механические системы. Туннелирование электронов. Квантовые ямы и точки, их энергетическая структура. Квантовые эффекты в наноструктурах: одноэлектронное туннелирование, транспортный эффект Ааронова-Бома. Квантовые приборы наноэлектроники: квантовый вентиль, квантовый интерферометр, квантовый каскадный лазер. Новые транзисторные структуры: квантовые полевые транзисторы, транзисторы с резонансным туннелированием. Одноэлектронные приборы. Новые материалы наноэлектроники: углеродные нанотрубки, пористый кремний, пористый оксид алюминия. Наносенсоры. Перспективы ближайшего развития. Компьютер: двигатель или томоз прогресса? Идея квантового компьютера, его преимущества по сравнению с обычным компьютером. Принцип работы квантового компьютера. Кубит как единица хранения информации, взаимодействие кубитов, операции над кубитами. Методы чтения-записи. Аппаратаная часть квантового компьютера. Определение МЭМС и НЭМС. Типы МЭМС. Реализованные и перспективные проекты. Наногенераторы, наномоторы и наномеханизмы. Области применения и перспективы. 5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
6. Лабораторный практикум Лабораторный практикум по данной дисциплине не предусмотрен.
Модуль 1. Микроэлектроника и нанотехнологии. Трудоемкость 15 час. - обсуждение современного состояния технологии интегральной электроники; - требование электронной гигиены на современном полупроводниковом производстве; - взаимосвязь степени интеграции ИМС и стоимости одного транзистора и всего чипа в целом; - обсуждение проблемы масштабирования размеров элементов ИМС при переходе от «микро» к «нано»: ограничения и недостатки традиционных технологий; - возможные квантовые ограничения миниатюризации элементов микросхем; - структура затрат современной полупроводниковой фабрики по выпуску СБИС; - оценка изменения физико-химических свойств вещества при масштабировании размеров от макро- к микро- и нано-; - обсуждение причин отличий физико-химических свойств наночастиц и компактного вещества; - современные методы исследования строения и химической природы веществ. Модуль 2. Методы нанесения покрытий в нанотехнологии. Трудоемкость 15 час. - достоинства и недостатки вакуумно-плазменных методов нанесения покрытий и функциональных слоев ИМС; - расчет скоростей термического окисления в сухом и влажном воздухе; - оценка скоростей напыления; - расчет скорости химическое осаждение из газовой фазы. - обсуждение проблем классических технологий: критической толщины покрытия, адгезии, дефектности кристаллических структур. - оценка скоростей термического окисление пористых структур. Модуль 3. Литография и размерное травление. Трудоемкость 20 час. - обсуждение достоинств и недостатков фотолитографии как традиционного метода формирования топологического рельефа ИМС; - оценка дифракционного ограничения современной УФ-литографии; - сравнение разрешающей способности электронно-лучевой литографии с фотолитографией. - оценка разрешающей способности ионно-лучевой литографии. Лазерная литография. Современные методы механической литографии: нанотиснение и нанопечать. - обсуждение причин отказа от жидкостных методов травления; - основополагающие параметры процесса травления и методы их оптимизации; - оценка селективности при жидкостном-химическом, физическом травлении-распылении и плазмо-химическом травлении; - расчет анизотропия и равномерности при жидкостном-химическом, физическом травлении-распылении и плазмо-химическом травлении; Модуль 4. Наноинформатика и квантовые компьютеры. Микро- и нано-механические системы. Трудоемкость 20 час. - оценка энергетической структуры квантовых ям и точек; - оценка вероятности туннелирования электронов; - квантовые эффекты в наноструктурах: одноэлектронное туннелирование, транспортный эффект Ааронова-Бома; - принцип работы квантовых приборов наноэлектроники: квантового вентиля, квантового интерферометра, квантового каскадного лазера. - принцип работы квантовых полевых транзисторов, транзисторов с резонансным туннелированием; - технологии получения пористого кремний и оксида алюминия. - обсуждение принципа работы квантового компьютера. 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. При проведении практических занятий преподавателю рекомендуется не менее 1 часа из двух (50% времени) отводить на самостоятельное решение задач. Практические занятия целесообразно строить следующим образом:
Для проведения занятий необходимо иметь большой банк заданий и задач для самостоятельного решения, причем эти задания могут быть дифференцированы по степени сложности. В зависимости от дисциплины или от ее раздела можно использовать два пути:
По результатам самостоятельного решения задач следует выставлять по каждому занятию оценку. Оценка предварительной подготовки студента к практическому занятию может быть сделана путем экспресс-тестирования (тестовые задания закрытой формы) в течение 5, максимум - 10 минут. Таким образом, при интенсивной работе можно на каждом занятии каждому студенту поставить по крайней мере две оценки. По материалам модуля или раздела целесообразно выдавать студенту домашнее задание и на последнем практическом занятии по разделу или модулю подвести итоги его изучения (например, провести контрольную работу в целом по модулю), обсудить оценки каждого студента, выдать дополнительные задания тем студентам, которые хотят повысить оценку за текущую работу. Формы организация внеаудиторной самостоятельной работы по данной дисциплине:
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 – 10 баллов; - рубежное тестирование по каждому модулю – всего 15 баллов; - контрольные работы по каждому модулю – всего 15 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. Для самостоятельной работы используются задания и задачи, приведенные в перечисленных ниже учебных пособиях: 1. Бурбаева, Н. В. Сборник задач по полупроводниковой электронике : учеб. пособие для вузов по направлению подготовки дипломированных спец. "Информатика и вычислительная техника" / Бурбаева, Нина Владимировна, Т. С. Днепровская. - М. : Физматлит, 2006. - 167 с. - Библиогр. : с. 167. (5 экз.) 2. Вычислительные наноструктуры : учеб. пособие. Т. 1. Задачи, модели, структуры / Г. М. Алакоз [и др.] ; под ред. Г. М. Алакоза. - М. : Интернет-Ун-т Информ. технол. : БИНОМ. Лаборатор. знаний, 2010. - 488 с. (1 экз.) 3. Антипов Б. Л. Материалы электронной техники: задачи и вопросы: Учеб. пособие для вузов по спец. электрон. технике / Б. Л. Антипов ; под ред. В. А. Терехова. - 2-е изд. - СПб. : Лань, 2001. - 208 с. (35 экз.) Примерные темы рефератов:
Комплект контрольно-измерительных материалов для текущего, промежуточного и итогового контроля Контроль знаний студентов на всех этапах осуществляется путем компьютерного тестирования. Комплект тестовых заданий по дисциплине состоит из 50 заданий – в основном закрытого типа. Выдаваемый каждому студенту индивидуальный тест включает 20 заданий по каждому модулю и генерируется с помощью программы SunRav TestOfficePro. Время проведения тестирования рассчитывается исходя из двух минут на одно задание. Примеры контрольных тестов по каждому модулю приведены ниже. 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 проводится по приводимым ниже вопросам. Экзаменационный билет включает три вопроса из приводимого ниже перечня. Ответ на каждый вопрос оценивается из 6 баллов. Студент на письменном экзамене может набрать до 18 баллов. Результат экзамена (максимум 50 баллов) определяется как сумма тестовой и письменной частей. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ по дисциплине НАНОТЕХНОЛОГИИ В ЭЛЕКТРОНИКЕ
11. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины: а) основная литература:
б) дополнительная литература: 1. Игнатов, А. Н. Классическая электроника и наноэлектроника: учеб. пособие для вузов по направлению 210400 - "Телекоммуникации" / А. Н. Игнатов, Н. Е. Фадеева, В. Л. Савиных. - М. : Флинта : Наука, 2009. - 727 с. (1 экз.) 2. Методы нанолитографии: достижения и перспективы: [моногр.] / Г. С. Константинова [и др.]. - Ростов н/Д : Терра-принт, 2008. - 112 с. : ил. - Библиогр. : с. 110-111. (1 экз.) 3. Мартинес-Дуарт, Дж. М. Нанотехнологии для микро- и оптоэлектроники / Мартинес-Дуарт, Дж. М., Мартин-Палма, Р. Дж., Ф. Агулло-Руеда ; пер. с англ. А. В. Хачояна ; под ред. Е. Б. Якимова. - Изд. 2-е, доп. - М. : Техносфера, 2009. - 368 с. (1 экз.) 4. Наноструктурные материалы / под ред. Р. Ханнинка, А. Хилл ; пер. с англ. А. А. Шустикова, под ред. Н. И. Бауровой. - М. : Техносфера, 2009. - 488 с. (1 экз.) 5. Уильямс, Л. Нанотехнологии без тайн : путеводитель / Л. Уильямс, У. Адамс. - М. : Эксмо, 2009. - 365 с. : ил. - Библиогр. : с. 349-355. (1 экз.) 6. Рамбиди, Н. Г. Нанотехнологии и молекулярные компьютеры / Н. Г. Рамбиди. - М. : Физматлит, 2007. - 256 с. (1 экз.) 7. Лозовский, В. Н. Нанотехнология в электронике. Введение в специальность : учеб. пособие для вузов по спец. 210601 - "Нанотехнология в электронике" / В. Н. Лозовский, Г. С. Константинова, С. В. Лозовский. - СПб. [и др.] : Лань, 2008. - 328 с. (1 экз.) 8. Бурбаева, Н. В. Сборник задач по полупроводниковой электронике : учеб. пособие для вуузов по направлению подготовки дипломированных спец. "Информатика и вычислительная техника" / Бурбаева, Нина Владимировна, Т. С. Днепровская. - М. : Физматлит, 2006. - 167 с. - Библиогр. : с. 167. (5 экз.) 9. Вычислительные наноструктуры : учеб. пособие. Т. 1. Задачи, модели, структуры / Г. М. Алакоз [и др.] ; под ред. Г. М. Алакоза. - М. : Интернет-Ун-т Информ. технол. : БИНОМ. Лаборатор. знаний, 2010. - 488 с. (1 экз.) 10. Антипов Б. Л. Материалы электронной техники: задачи и вопросы : Учеб. пособие для вузов по спец. электрон. технике / Б. Л. Антипов ; под ред. В. А. Терехова. - 2-е изд. - СПб. : Лань, 2001. - 208 с. (35 экз.) в) программное обеспечение
Электронные учебные ресурсы: - тренировочные и контрольные тесты по каждому модулю http://edu.isuct.ru в категории ТП и МЭТ; - Текст лекций с контрольными вопросами для самопроверки, задачами для практических занятий и глоссарием в СДО ИГХТУ Moodle http://edu.isuct.ru категория ТП и МЭТ. 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 (доступна 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 Pentium4). Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки. Автор (Смирнов С.А.) 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) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить в свой блог или на сайт
Похожие:
 | «Физика конденсированного состояния», «Материалы электронной техники», «Вакуумно-плазменные процессы и технологии», «Техника высокого... | | Программа составлена на основании типовых учебных планов по специальностям 1-41 01 02 "Микро- и наноэлектронные технологии и системы",... |
| Настоящая программа базируется на основополагающих разделах физической электроники: корпускулярной оптике, эмиссионной электронике,... | | Настоящая программа базируется на основополагающих разделах физической электроники: корпускулярной оптике, эмиссионной электронике,... |
| Автор: к ф м н., доцент, доцент кафедры нанотехнологий в электронике А. Б. Чурилов | | Целью преподавания дисциплины является формирование знаний в области цифровых и аналоговых электронных схем, принципов их разработки,... |
| Профиль подготовки Химическая технология и оборудование отделочного производства | | Профиль подготовки Химическая технология материалов и изделий электроники и наноэлектроники |
| Профиль подготовки Химическая технология материалов и изделий электроники и наноэлектроники | | Профиль подготовки Химическая технология материалов и изделий электроники и наноэлектроники |
Разместите кнопку на своём сайте: