«Экспертиза соответствия состояния ресурсного обеспечения реализации основной профессиональной образовательной программы Требованиям стандарта среднего профессионального образования»

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3 4 5

ПРОГРАММА

по направлению

«Методы микроскопии»

для подготовки специалистов технической направленности в рамках стратегических и приоритетных отраслей развития промышленности, использующих ресурсы сети образовательных учреждений на базе ресурсного центра

В рамках Федеральной целевой программы развития образования

на 2011-2015 годы

по открытому конкурсу №04.01-002-П-Ф-33

на выполнение работ по проекту

«Модернизация системы начального профессионального и среднего профессионального образования для подготовки специалистов в области наноиндустрии на базе отраслевого межрегионального ресурсного центра»

Москва 2011

СОГЛАСОВАНО Заместитель начальника отдела по работе с персоналом – директор международного центра «ЗЕНИТ-РЕСУРС» _____________М.В.Лукьянцева		УТВЕРЖДАЮ Директор ФГОУ СПО «Красногорский государственный колледж» доктор педагогических наук, кандидат экономических наук, профессор Заслуженный учитель РФ ___________________ В.М. Демин «____» _________________ 2011 г.
СОГЛАСОВАНО Заведующий кафедрой проектирования и технологии производства электронной аппаратуры Член-корр. РАН, профессор, доктор технических наук ______________ Шахнов В.А.

Разработчики:

Заведующая учебной частью ФГОУ СПО «Красногорский государственный колледж» Попович Е.М.

Заведующая отделением программирования ФГОУ СПО «Красногорский государственный колледж», кандидат педагогических наук Трегубова Е.С.

Рецензенты:

Начальник отдела оптическо-технологического – главный оптик, доктор технических наук, Сенник Б.Н.

Начальник отдела систем автоматизированного проектирования технологической подготовки производства, Бирюков Ф.А.

I. Пояснительная записка

Учебная программа «Методы микроскопии» охватывает основные вопросы по проведению измерений различными методами и методиками, анализа результатов измерений, а также выработки выводов по результатам исследований и наиболее эффективному и адекватному применению.

Учебный курс «Методы микроскопии» строиться на основе оптимального соотношения теоретических и прикладных вопросов с обязательным участием слушателей в самостоятельном исследовании нанообъектов и наносистем. Программа курса повышения квалификации направлена на решение задач, которые ставятся перед специалистами в современных условиях разработки и производства наносистем, требующих широких знаний как в области проектирования и технологии производства, так и в методах их сертификации и измерений. Лабораторные работы, включенные в состав учебного курса «Методы микроскопии», спланированы таким образом, чтобы слушатели могли закрепить теоретические знания, полученные на лекциях, а также смогли сами провести измерения наносистем различными методами микроскопии.

Учитывая большое разнообразие измерительных методов и приборов для проведения измерений, в состав курса «Методы микроскопии» включены лабораторные работы по основным методам измерений. Лабораторные работы ориентируют студентов на решение типовых задач исследования и анализа нанообъектов, возникающих при производстве элементной базы электронной аппаратуры, выбор соответствующих поставленной задаче методов и методик проведения измерений, обладающих максимальной эффективностью. Темы лабораторных работ и их содержание связаны с формированием и развитием у специалистов практических навыков измерения, анализа результатов измерений и формулирования выводов по наиболее эффективному применению методов и средств микроскопии.

В составе дисциплины «Методы микроскопии» предусмотрены теоретические разделы, по которым имеются доступные учебно-методические материалы и учебная литература, изучаемые студентами самостоятельно.

Программа повышения квалификации по микроскопии построена таким образом, что возможно изменение структуры курса в зависимости от пожеланий слушателей и работодателей. Первый вариант предполагает очное пребывание на занятиях весь период обучения и в этом случае разделы теоретических лекций будут сопроваждаться практичискеми лабораторными занятиями по мере их проведения. Второй вариан делит программу на два блока (теоретический и практический) и рассчитан на безотрывное от основной работы обучение слушателей в режиме дистанционного обучения по всему теоретическому блоку. Лабораторные работы подразумевают очное пребывание слушателей на базе Ресурсного центра Красногорского государственного колледжа.

Целью курса «Методы микроскопии» является развитие представления об основных методах исследований средствами микроскопии, приобретение навыков практического использования различных методик в исследовании нанообъектов.

Задачи курса:

рассмотреть основные пнятия, аспекты и тенденции в области нанотехнологий;
дать харктеристику основным методам микроскопии;
рассмотреть области применения различных методов микроскопии;
изучить методы сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ);
изучить методы растровой электронной микроскопии (РЭМ);
изучить методы рентгеноспектрального микроанализа;
изучить методы оптической микроскопии (СБОМ);
выработать практические навыки работы различными методами микроскопии.

Знания, умения и профессиональные компетенции, получаемые псле освоение дисциплины:

В результате повышения квалификации в рамках курса «Методы микроскопии» слушатели должны приобрести следующие компетенции:

представление о тенденциях и современных методах исследований в области наноиндустрии;
умение свободн ориентироваться в основных методах и системах микроскопии;
понимание сути эффектов и процессов, лежащих в основе каждого из изучаемых методов;
представление о современной приборной базе в различных методах микроскопии;
умение самостоятельно разрабатывать методику и проводить измерения нанообъектов и наносистем различными методами микроскопии;
умение обрабатывать результаты, полученные в ходе работы методами микроскопии.

Список сокращений

АСМ – атомно-силовая микроскопия

ДНК – дизоксирибонуклеиновая кислота

ИС – интегральная схема

КЕМ – контактная ёмкостная микроскопия

КНИ – кремний-на-изоляторе

МЛЭ – молекулярно-лучевая эпитаксия

МПВ – метод постоянной высоты

МПТ – метод постоянного тока

МСМ – магнитно-силовая микроскопия

МЭМС – микроэлектромеханическая система

НПМ – нанопористый материал

НРС – наноразмерная структура

НЭМС – наноэлектромеханическая система

ПАВ – поверхностные акустические волны

ПЭМ – просвечивающая электронная микроскопия

РСМА – рентгеноспектральный микроанализ

РЭМ – растровая электронная микроскопия

СБИС – сверхбольшие интегральные схемы

СБОМ – сканирующая ближнепольная оптическая

микроскопия

СВД – спектрометр волновой дисперсии

СВЧ – сверхвысокие частоты

СЗМ – сканирующая зондовая микроскопия

ССМ – сканирующая силовая микроскопия

СТМ – сканирующая туннельная микроскопия

СЭМ – сканирующая электронная микроскопия

УФ – ультрафиолет

ЧЭ – чувствительный элемент

ЭСМ – электростатическая силовая микроскопия

II. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

№ п/п	Название темы	Кол-во часов	В том числе:
№ п/п	Название темы	Кол-во часов	Лекций	Лабораторные работы
1.	Наноразмерные структуры: классификация, формирование и исследование	4	4	-
1.1.	Общие сведения о наноразмерных структурах	1	1	-
1.2	Особенности свойств наноструктур	1	1	-
1.3	Применение наноструктур для создания элементов приборных устройств	2	2	-
2.	Сканирующая зондовая микроскопия	40	18	22
2.1	Основные теоретические положения о методах микроскопии	4	4	-
2.2	Сканирующая туннельная микроскопия	12	4	8
2.3	Контактная сканирующая атомно-силовая микроскопия	12	4	8
2.4	Прерывисто-контактная сканирующая силовая микроскопия	2	2	-
2.5	Бесконтактная атомно-силовая микроскопия	2	2	-
2.6	Многопроходные методики	6	2	6
3.	Оптическая микроскопия	12	6	6
3.1	Световая микроскопия. Методы световой микроскопии	6	2	6
3.2	Конфокальная микроскопия	2	2
3.3	Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия	6	2
4.	Растровая электронная микроскопия	10	4	6
4.1	Физические основы растровой электронной микроскопии	2	2	-
4.2	Устройство и работа растрового электронного микроскопа	8	2	6

Продолжение таблицы

5.	Физические основы рентгеноспектрального микроанализа	6	6	-
5.1	Физические основы рентгеноспектрального микроанализа	2	2	-
5.2	Устройство и работа рентгеноспектрального микроанализатора	4	2	-
	Всего	72	38	34

III. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

Наноразмерные структуры: классификация, формирование
и исследование

1.1.	Общие сведения о наноразмерных структурах: наноструктуры различной размерности, классификация консолидированных наноматериалов, классификация наноразмерных структур по топологии, Пространственные масштабы современных систем
1.2	Особенности свойств наноструктур: термодинамические свойства, магнитные свойства, влияние размерного фактора на характеристики ферромагнетиков, сегнетоэлектриков и сегнетоэластов
1.3	Применение наноструктур для создания элементов приборных устройств: Наноструктуры в элементах приборных устройств,

Сканирующая зондовая микроскопия

2.1	Основные теоретические положения о методах микроскопии: Базовые средства и методы сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), оборудование, используемое в СЗМ, сканирующая зондовая микроскопия NanoEducator, принцип работы туннельной микроскопии
2.2	Сканирующая туннельная микроскопия: Метод постоянного тока, метод постоянной высоты, метод отображения работы выхода, метод I(z)-спектроскопии, метод I(V)-спектроскопии
2.3	Контактная сканирующая атомно-силовая микроскопия: Метод постоянной силы, метод постоянной высоты, контактный метод рассогласования, микроскопия латеральных сил, метод модуляции силы, отображение силы растекания, контактная электростатическая силовая микроскопия, атомно-силовая акустическая микроскопия, АСАМ-резонансная спектроскопия
2.4	Прерывисто-контактная сканирующая силовая микроскопия: Прерывисто-контактный метод, прерывисто-контактный метод рассогласования, метод отображения фазы
2.5	Бесконтактная атомно-силовая микроскопия: Бесконтактный метод
2.6	Многопроходные методики: Статическая магнитно-силовая микроскопия, динамическая магнитно-силовая микроскопия, электростатическая силовая микроскопия, метод зонда Кельвина, сканирующая ёмкостная микроскопия (СЭМ)

Оптическая микроскопия

3.1	Световая микроскопия. Методы световой микроскопии: Разрешающая способность, контраст изображения, метод светлого поля в проходящем свете , метод косого освещения, метод светлого поля в отраженном свете, метод темного поля в проходящем свете, метод ультрамикроскопии, метод темного поля в отраженном свете, поляризационная микроскопия, метод фазового контраста, метод «аноптрального» контраста, метод интерференционного контраста, метод исследования в свете люминесценции, метод наблюдения в ультрафиолетовых (УФ) лучах
3.2	Конфокальная микроскопия: Разрешение и контрастность в конфокальном микроскопе, влияние диафрагмы в фокальной плоскости
3.3	Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия: принципы построения изображения, субволновая диафрагма, ближняя зона и дальняя зона

Растровая электронная микроскопия

4.1

Физические основы растровой электронной микроскопии:

разрешающая способность микроскопа, области сигналов и пространственное разрешение при облучении поверхности объекта потоком, отраженные электроны, вторичные электроны, поглощенные электроны

4.2

Устройство и работа растрового электронного микроскопа:

Схема растрового электронного микроскопа, хроматическая аберрация, сферическая аберрация, схема детектора эмитированных электронов Эверхарта–Торнли, использование парного детектора для разделения композиционного и топографического контрастов, подготовка объектов для исследований и особые требования к ним, технические возможности растрового электронного микроскопа

Рентгеноспектральный микроанализ

5.1

Физические основы рентгеноспектрального
микроанализа:

Тормозное рентгеновское излучение, характеристическое рентгеновское излучение, закон Мозли

5.2

Устройство и работа рентгеноспектрального
микроанализатора:

энергетический дисперсионный спектрометр, подготовка объектов для исследований
и особые требования к ним, технические возможности растрового электронного микроскопа

IV. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Лабораторные работы

№ п / п	Тема лабораторной работы	Объем, час.
		34
	Подготовка и проведение СЗМ-эксперимента, получение СЗМ-изображения	4
	Изучение методов визуализации изображения поверхности наноструктур, полученных с помощью СЗМ	4
	Обработка и количественный анализ СЗМ-изображений	4
	Изготовление зондов и исследование влияния их характеристик на результаты сканирования	4
	Измерение резонансной частоты сканера, определение нелинейности сканера по тестовой решетке TGX1, исследование термодрейфа, определение формы зонда по тестовой решетке TGT1. Электрохимическая перезаточка зонда и повторное определение формы зонда по тестовой решетке TGT1	4
	Оптическая микроскопия: световая микроскопия	4

Продолжение таблицы

	Электронная микроскопия	4
	Растровая микроскопия	6

V. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

Методы сканирующей зондовой микроскопии, классификация.
Оптическая микроскопия: световая микроскопия, методы световой микроскопии, конфокальная микроскопия.
Понятие пьезоэлектрического эффекта и принцип действия пьезоэлектрического двигателя.
Описание различных конструкции сканеров.
Многопроходные методики
Спектроскопия, раман-спектроскопия, оптическая профилометрия, эллипсометрия.
Принцип сканирования поверхности средствами СЗМ и работы системы обратной связи.
Критерии выбора параметров сканирования.
Факторы, определяющие быстродействие, точность и стабильность слежения за микрорельефом.
Общая характеристика метода постоянного тока
Общая характеристика метода постоянной высоты
Физические основы растровой электронной микроскопии
Общая характеристика метода I(V)-спектроскопии
Общая характеристика метода I(z)-спектроскопии
Общая характеристику метода постоянной силы
Контактный метод рассогласования
Метод модуляции силы
Микроскопия латеральных сил
Отображение силы растекания
Атомно-силовая акустическая микроскопия
АСАМ-резонансная спектроскопия
Прерывисто-контактная сканирующая силовая микроскопия
Устройство и работа растрового электронного микроскопа
Особенности прерывисто-контактного метода рассогласования
Метод отображения фазы
Бесконтактная атомно-силовая микроскопия
Многопроходные методики
их сравнительные характеристики.
Статическая магнитно-силовая микроскопия
Динамическая магнитно-силовая микроскопия

VI. ЛИТЕРАТУРА

Арутюнов П. А., Толстихина А. Л. Атомно-силовая микроскопия в задачах проектирования приборов микро- и наноэлектроники. Часть I // Микроэлектроника. – 1999. – Т. 28. – № 6. – С. 405–414. Часть II // Микроэлектроника. – 1999. – Т. 29. – № 1. – С. 13–22.
Бухараев А. А. Диагностика поверхности с помощью сканирующей туннельной микроскопии (обзор) // Заводская лаборатория. – 1994. – № 10. – С. 15–26.
Бахтизин Р. З. Сканирующая туннельная микроскопия – новый метод изучения поверхности твердых тел // Соросовский образовательный журнал. – 2000. – Т. 6. – № 11. – С. 1–7.
Бухараев А. А., Овчинников Д. В., Бухараева А. А. Диагностика поверхности с помощью сканирующей силовой микроскопии (обзор) // Заводская лаборатория. – 1997. – № 5. – С. 10–27.
Быков В.А. Приборы и методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования и модификации поверхности. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, - М.: 2000
Вольф Е. Л. Принципы электронной туннельной спектроскопии // Под ред. В. М. Свистунова. – Киев: Наукова Думка, 1990.
Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. – М.: Мир, 1989.
Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изоброжений, -М.: Техносфера, 2005
Дюков В.Г., Кудеяров Ю.А. растровая оптическая микроскопия, -М.: Наука, 1992
Егорова О. Техническая микроскопия. Практика работы с микроскопами для технических целей. –М.: Техносфера, 2007
Зенгуил. Физика поверхности. – М.: Мир, 1990.
Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия / Я. С. Уманский [и др.]. – М.: Металлургия, 1982. – 632 с.
Маслова Н. С., Панов В. И. Сканирующая туннельная микроскопия атомной структуры, электронных свойств и поверхностных химических реакций // УФН. – 1989. – Т. 157. – Вып. 1. – С. 185.
Методы анализа поверхностей / Под ред. А. Задерны. – М.: Мир, 1979.
Миллер М., Смит Г. Зондовый анализ в автоионной микроскопии. – М.: Мир, 1993.
Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. –М., Техносфера, 2004.-144 с.
Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. – М.: Мир, 1989.
Мышляев М. М., Бушнев Л. С., Колобов Ю. Р. Электронная микроскопия. – Томск: ТГУ, 1990.
Неволин В.К. Зондовые нанотехнологии в электронике. –М.: Техносфера, 2005
Основы аналитической электронной микроскопии / Под ред. Дж. Гренг [и др.]. – М.: Металлургия, 1990. – 584 с.
Праттон. Введение в физику поверхности, 2000 г. Ижевск, Удмурсткий ГУ. – 245 с.
Рыков С.А. Сканирующая зондовая микроскопия полупроводниковых материалов и наноструктур. Спб: Наука, 2001.
Серия «Methods of Experimental Physics», «Solid State Physics: Surfaces» / Edited by Pobert L. Park and Max G. Lagally, Academic Press. – 1985. – V. 22.
Спенс Дж. Экспериментальная электронная микроскопия высокого разрешения. – М.: Наука, 1986. – 320 с.
Утевский Л. М. Дифракционная электронная микроскопия. – М.: Металлургия, 1973.
Фельдман Ф., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок. – М.: Мир, 1989.
Электронная микроскопия тонких кристаллов / П. Хирш [и др.]. – М.: Мир, 1968.
Эдельман В. С. Сканирующая туннельная микроскопия (обзор) // ПТЭ. – 1989. – № 5. – С. 25.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

Красногорский государственный колледж

Государственный контракт от 29.08. 2011 г. № 12.Р20.11.0006

Blog

ПРОГРАММА