«Методы микроскопии»

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

1 2

2. Разработка сетевых программ обучения и подготовки слушателей и студентов для сети Образовательных учреждений на базе межрегионального отраслевого ресурсного центра

Разработанные программы учебных курсов и профессионального модуля разработаны в соответствии с ФГОС СПО, согласованы с ФНПЦ ОАО «Красногорский завод им. С.А.Зверева» и МГТУ им. Н.Э.Баумана, утверждены директором ФГОУ СПО «Красногорский государственный колледж».

2.1 Программа курса «Методы микроскопии»

Пояснительная записка

Учебная программа курса «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 курса «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 сопровождаться практическими и лабораторными занятиями по мере их проведения. Второй вариант 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 понятия, аспекты и тенденции в области нанотехнологий;
дать характеристику 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 курса:

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 свободно 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

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Таблица 6 – тематический план

№ п/п	Название темы	Кол-во часов	В том числе:
№ п/п	Название темы	Кол-во часов	Лекций	Лабораторные работы
1	2	3	4	5
1.	Наноразмерные структуры: классификация, формирование и исследование	4	4	-

Продолжение таблицы 6

1	2	3	4	5
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	-

Продолжение таблицы 6

1	2	3	4	5
4.2	Устройство и работа растрового электронного микроскопа	8	2	6
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

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

1.3Применение наноструктур для создания
элементов приборных устройств:

Наноструктуры в элементах приборных устройств

2. 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)

3.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

4. 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.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Лабораторные работы

Таблица 7 – перечень лабораторных работ по курсу

№ п / п	Тема лабораторной работы	Объем, час.
	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
	Электронная микроскопия	4
	Растровая микроскопия	6

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 и их сравнительные характеристики.
Статическая магнитно-силовая микроскопия
Динамическая магнитно-силовая микроскопия

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.
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. Диагностика поверхности с помощью сканирующей туннельной микроскопии (обзор) // Заводская лаборатория. – 1994. – № 10. – С. 15–26.
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.
Эдельман В. С. Сканирующая туннельная микроскопия (обзор) // ПТЭ. – 1989. – № 5. – С. 25.
Электронная микроскопия тонких кристаллов / П. Хирш [и др.]. – М.: Мир, 1968.

2.2 Программа курса «Системы автоматизированного проектирования наносистем»

Пояснительная записка

Программа для подготовки специалистов технической направленности в рамках стратегических и приоритетных отраслей развития промышленности, использующих ресурсы сети образовательных учреждений на базе ресурсного центра по направлению «Система автоматизированного проектирования наносистем» предназначена для реализации требований к минимуму содержания и уровню подготовки специалистов, имеющих среднее профессиональное образование. Программа подготовки предусматривает модульную систему обучения и, в зависимости от начальных знаний и поставленных перед специалистом задач, можно выбрать наиболее оптимальные – базовое (nanoCad механика), расширенное (nanoCad СПДС, ОПС) и узкоспециализированное (nanoCad стройплощадка) направление обучения.

Цель курса: получение студентами знаний о методах автоматизированного проектирования микроэлектромеханических систем (МЭМС) и наноэлектромеханических систем (НЭМС) различного уровня иерархии.

Задачами курса является изучение:

- моделирования элементов МЭМС и НЭМС на основе междисциплинарного подхода;

- моделирования МЭМС и НЭМС на компонентном
уровне;

- автоматизированного проектирования элементов МЭМС
и НЭМС на основе междисциплинарного подхода;

- автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС на компонентом уровне;

- программного обеспечения автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС.

Знания, умения и профессиональные компетенции, получаемые после освоения курса

- знание теоретических основ методов и средств формализованного описания МЭМС и НЭМС для автоматизированного проектирования;

- теоретических основ автоматизации проектирования МЭМС и НЭМС;

- особенности применения метода конечных элементов для автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС;

- теоретических основ проектирования МЭМС и НЭМС на компонентном уровне.

- умение разрабатывать формальные процедуры решения задач автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС;

- способность моделировать элементы МЭМС и НЭМС адекватно протекающим в них тепловым, механическим, электромагнитным и другим физическим процессам;

- умение разрабатывать: а) схемы алгоритмов и б) программы решения на ЭВМ частных задач проектирования элементов МЭМС и НЭМС на основе междисциплинарного подхода и проектирования МЭМС и НЭМС на компонентном уровне;

- применение программного обеспечения систем автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС при решении задач проектирования МЭМС и НЭМС.

- готовность использования современных методов и средств автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС;

- стремление к разработке математических моделей элементов МЭМС
и НЭМС с использованием средств ВТ;

- умение решать на ЭВМ частных задач проектирования элементов МЭМС и НЭМС на основе междисциплинарного подхода и проектирования МЭМС и НЭМС на компонентном уровне;

- самостоятельно применять интегрированные маршруты автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС.

Тематический план

Таблица 8 – тематический план

№	Раздел	Лекции	Практические занятия	Литература
1	Методология проектирования МЭМС и НЭМС	1	2	[1, 2, 5, 8, 11]
2	Общие сведения об автоматизированном проектировании МЭМС и НЭМС	2	2	[1, 2, 7]
3	Автоматизированное проектирование элементов МЭМС и НЭМС на основе междисциплинарного подхода	14	21	[1, 2, 4, 6, 9]
4	Автоматизированное проектирование МЭМС и НЭМС на компонентном и системном уровнях	6	6	[1–3, 9]
5	Интегрированные пакеты автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС	11	5	[1, 2, 9, 10]
6	Особенности маршрутов проектирования для повышения надежности МЭМС и НЭМС	2	–	[1, 2]
	Итого	36	36

Содержание курса

1.Методология проектирования МЭМС и НЭМС.

Особенности проектирования МЭМС и НЭМС. Состояние проблемы. Терминология, понятия и определения. Методология разработки МЭМС и НЭМС. Основные этапы разработки МЭМС и НЭМС. Роль методов автоматизированного проектирования в совершенствовании конструкций и технологии производства МЭМС и НЭМС.

2. Общие сведения об автоматизированном проектировании МЭМС и НЭМС.

Особенности автоматизированного проектирования МЭМС
и НЭМС, маршруты проектирования МЭМС и НЭМС, принципы их построения. Уровни абстрагирования и аспекты описания проектируемых объектов МЭМС и НЭМС. Операции, процедуры и этапы проектирования МЭМС и НЭМС. Классификация параметров проектируемых объектов МЭМС и НЭМС. Классификация проектных процедур МЭМС и НЭМС. Формализация процедуры синтеза МЭМС и НЭМС. Формализация процедуры анализа МЭМС и НЭМС. Одновариантный и многовариантный анализ МЭМС и НЭМС.

3. Автоматизированное проектирование элементов МЭМС и НЭМС на основе междисциплинарного подхода.

3.1. Общие сведения об автоматизированном проектировании МЭМС и НЭМС на основе междисциплинарного подхода.

Основные принципы междисциплинарного расчета элементов МЭМС и НЭМС.

Численное решение математических моделей элементов МЭМС и НЭМС. Дискретизация уравнений и граничных условий. Особенности МКЭ, МКР, МГЭ для моделирования МЭМС и НЭМС, явные и неявные формулы разностного дифференцирования математических моделей МЭМС и НЭМС.

3.2. Общие сведения о возможностях программного комплекса ANSYS для моделирования элементов МЭМС и НЭМС.

Общие сведения о программном комплексе ANSYS. Возможности пакета ANSYS/ED для автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС. Виды анализа элементов МЭМС и НЭМС в программном комплексе ANSYS/ED. Виды конечных элементов в библиотеке конечных элементов в ANSYS.

3.3. Обзор алгоритмов решения уравнений в частных производных, используемые в программном комплексе ANSYS. Алгоритмы решения уравнений в частных производных, используемые в программном комплексе ANSYS. Сравнительная характеристика алгоритмов решения уравнений в частных производных, используемые в программном комплексе ANSYS.

3.4. Применение программного комплекса ANSYS для анализа отдельных подсистем МЭМС и НЭМС.

Применение программного комплекса ANSYS для статического, гармонического и модального анализа элементов МЭМС и НЭМС. Применение программного комплекса ANSYS для теплового анализа элементов. Применение программного комплекса ANSYS для электромагнитного анализа элементов МЭМС и НЭМС.

3.5. Применение программного комплекса ANSYS для междисциплинарного анализа МЭМС и НЭМС.

Основные принципы междисциплинарного расчета элементов МЭМС и НЭМС в программном комплексе ANSYS. Прямой метод междисциплинарного анализа в программном комплексе ANSYS. Последовательный метод междисциплинарного анализа в программном комплексе ANSYS. Метод макромоделей для междисциплинарного анализа в программном комплексе ANSYS. Метод электромеханических аналогий для междисциплинарного анализа в программном комплексе ANSYS.

3.6. Общие сведения о программном комплексе COMSOL для моделирования элементов МЭМС и НЭМС. Общие сведения о пакете COMSOL. Возможности пакета COMSOL для автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС. Виды анализа элементов МЭМС и НЭМС в программном комплексе COMSOL. Основные принципы междисциплинарного расчета элементов МЭМС и НЭМС в программном комплексе COMSOL.

4. Автоматизированное проектирование МЭМС и НЭМС на компонентном и системном уровнях. Два основных подхода к проектированию МЭМС и НЭМС на компонентном уровне: проектирование «сверху–вниз» и проектирование «снизу–вверх», преимущества и недостатки каждого из подходов. Поведенческие модели МЭМС и НЭМС. Дифференциальные модели МЭМС и НЭМС. Пакет программ MatLab/Simulink и его применения для автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС на компонентном уровне. Модуль SUGAR как среда проектирования МЭМС и НЭМС на основе дифференциальных моделей.

5. Интегрированные пакеты автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС.

5.1. Интегрированный пакет автоматизированного проектирования CoventorWare. Интегрированный пакет программ CoventorWare. Основные
и дополнительные программы пакета.

5.2. Интегрированный пакет автоматизированного проектирования MEMSPro. Интегрированный пакет программ MEMSPro. Возможности пакета MEMSPro для автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС.

5.3. Интегрированный пакет автоматизированного проектирования IntelliSense. Интегрированный пакет программ IntelliSense. Основные и дополнительные программы пакета.

5.4. Специальные маршруты проектирования МЭМС
и НЭМС. Возможности интеграции различных пакетов автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС в одном маршруте проектирования.

6. Особенности маршрутов проектирования для повышения надежности МЭМС и НЭМС. Модифицированные циклы проектирования для повышения надежности МЭМС и НЭМС. Влияние дестабилизирующих факторов на надежность МЭМС и НЭМС. Статистический анализ надежности МЭМС и НЭМС.

Практические занятия

Таблица 9 – тематика практических занятий

№ п/п	Тема	Объем, ч	Литература
1	Общие сведения о проектировании МЭМС и НЭМС	2	[1, 2, 5, 8, 11]
2	Общие сведения об автоматизированном проектировании МЭМС и НЭМС	2	[1, 2, 7, 12]
3	Практическое применение метода конечных элементов в программном комплексе ANSYS	7	[3, 6, 9]
4	Применение программного комплекса ANSYS для гармонического и теплового анализа элементов МЭМС и НЭМС. Применение программного комплекса ANSYS для электромагнитного анализа элементов МЭМС и НЭМС	6	[3, 6, 9]
5	Применение программного комплекса ANSYS для моделирования элементов МЭМС и НЭМС	8
6	Применение пакета Matlab/Simulink для автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС на компонентном уровне	2	[3, 9]
7	Изучение применения модуля SUGAR для автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС	4	[3, 9]
8	Применение интегрированных пакетов автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС	5	[9, 10]
	Итого	36

Практические занятия

1. Общие сведения о проектировании МЭМС и НЭМС.

Особенности проектирования МЭМС и НЭМС. Сравнительная характеристика материалов, используемых в МЭМС и НЭМС, их свойства. Краткая характеристика технологий производства МЭМС.

2. Общие сведения об автоматизированном проектировании МЭМС и НЭМС.

Особенности автоматизированного проектирования МЭМС
и НЭМС. Связь подсистем различной физической природы.

3. Практическое применение метода конечных элементов в программном комплексе ANSYS.

Получение первоначальных навыков работы с программным комплексом ANSYS. Решение частных задач выбора конечного элемента в библиотеке конечных элементов в пакете ANSYS. Решение частных задач создания геометрических моделей в пакете ANSYS. Решение частных задач построения конечно-элементных моделей. Решение частных задач статического и модального анализа элементов МЭМС и НЭМС.

4. Применение программного комплекса ANSYS для гармонического и теплового анализа элементов МЭМС и НЭМС. Применение программного комплекса ANSYS для электромагнитного анализа элементов МЭМС и НЭМС.

Решение частных задач гармонического и теплового анализа элементов МЭМС и НЭМС. Решение частных задач электромагнитного анализа элементов МЭМС и НЭМС.

5. Применение программного комплекса ANSYS для моделирования элементов МЭМС и НЭМС.

Решение частных задач связанного анализа элементов МЭМС
и НЭМС на основе последовательного метода. Особенности метода электромеханических аналогий. Решение частных задач связанного анализа элементов МЭМС и НЭМС на основе прямого метода. Особенности метода макромоделей.

6. Применение пакета Matlab/Simulink для автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС на компонентном уровне.

Решение частных задач автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС на компонентном уровне с использованием пакета Matlab/Simulink.

7. Изучение применения модуля SUGAR для автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС.

Решение частных задач автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС на компонентном уровне с использованием модуля SUGAR.

8. Применение интегрированных пакетов автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС.

Особенности автоматизированного проектирования МЭМС
и НЭМС с использованием интегрированных пакетов автоматизированного проектирования МЭМС и НЭМС.

Список используемых источников

1. Варадан В., Виной К., Джозе К. ВЧ МЭМС и их применение / Пер. с англ. под ред. Ю. А. Заболотной. – М. : Техносфера, 2004. – 525 с.

2. Дьяконов В. П. Mаtlab 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6 в математике и моделировании. – М. : СОЛОН-Пресс, 2005. – 575 с.

3. Каплун А. Б., Морозов Е. М., Олферьева М. А. ANSYS в руках инженера. – М. : Едиториал УРСС, 2003. – 269 с.

4. Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника : сборник статей / Под ред. П. П. Мальцева. – М. : Техносфера, 2006.

5. Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования : учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. – 446 с.

6. Потапов Ю. Программное обеспечение Coventor // Chip News. – 2002. – № 2. – С. 62–67.

7. Фрайден Дж. Современные датчики : справочник / Пер.
с англ. Ю. А. Заболотной; ред. пер. Е. Л. Свинцов. – М. : Техносфера, 2006. – 588 с.

8. Чигарев А. В., Кравчук А. С., Смалюк А. Ф. ANSYS для инженеров : справочное пособие. – М. : Машиностроение, 2004. –511 с.

9. Шахнов В. А., Панфилов Ю. В., Власов А. И. и др. Наноразмерные структуры: классификация, формирование и исследование. – М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. – 100 с.

10. Яшин К. Д., Лацапнёв Е. В., Осипович В. С. Системы автоматизированного проектирования МЭМС // Информационные технологии. – 2007. – № 11. – C. 22–28.

11. Яшин К. Д., Осипович В. С., Божко Т. Г. Разработка МЭМС // Нано- и микросистемная техника. – 2008. – № 1. – С. 28–34.

12. Яшин К. Д., Осипович В. С., Божко Т. Г. Современные разработки МЭМС // Нано- и микросистемная техника. – 2008. – № 5. – С. 57–64.

2.3 Программа курса «Оптическая микроскопия»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цель курса: изучение основных методов и средств проведения оптической микроскопии, освоение базовых методик проведения научного эксперимента средствами оптической микроскопии.

Задачами курса являются:

1. Получение теоретических и практических навыков работы
с методами и средствами оптической микроскопии.

2. Знание основных методов оптической микроскопии.

3. Изучение методов и средств люминесцентной микроскопии.

4. Изучение методов фазового контраста и темного поля.

5. Изучение метода интерференционного контраста.

6. Изучение областей применения различных методов оптической микроскопии.

Примечание. Изучение данной курса базируется на следующих курсах (разделах курсов):

«Основы нанотехнологии».
«Физика».
«Математическое моделирования МЭМС».
«Технологические процессы наноинженерии».

После освоения данной курса студент подготовлен для изучения следующих курсов учебного плана:

исследовательской части курсового проекта, квалификационной работы магистра;
«Технологические процессы формирования микро- и наноструктур».

Студент должен знать:

классификацию основных методов оптической микроскопии;
функциональный состав и принцип работы приборов для проведения оптической микроскопии;
основные подходы и методики проведения оптической микроскопии.

Студент должен уметь:

разрабатывать методику проведения оптической микроскопии, удовлетворяющую функциональным требованиям и областям применения;
проводить измерения микрообъектов и микросистем изучаемыми методами оптической микроскопии.

Студент должен иметь навыки:

применения различных методов оптической микроскопии на широком классе средств оптической микроскопии;
проведения научных экспериментов методами оптической микроскопии и обработки их результатов.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

Таблица 10

№ п/п	Раздел курса	Лекции, ч	ЛР, ч	Литература
1	Введение в оптическую микроскопию	4		[1–2, 5]
2	Глаз и его свойства	4	2	[1–2, 5]
3	Отсчетные оптические устройства	4	6	[1–2, 5]
4	Осветительные системы	4	6	[1–2, 5]
5	Оптические системы для инфракрасной области спектра	4	6	[2]
6	Оптические микроскопы	4	6	[2, 3]
7	Виды оптических микроскопов	4	4	[2, 4]
8	Методы световой микроскопии	8	6	[1–9]
		36	36

Содержание

1. Введение в оптическую микроскопию. История оптической микроскопии. Устройство и современные задачи.

2. Глаз и его свойства. Устройство глаза. Чувствительность глаза. Разрешающая способность глаза.

3. Отсчетные оптические устройства. Измерительные марки. Шкаловые отсчетные устройства.

4. Осветительные системы. Осветительные системы микроскопов. Прожекторные системы. Оптические системы локации с лазером.

5. Оптические системы для инфракрасной области спектра. Материалы применяемые для ИК-области спектра. Коррекционные возможности однолинзовой системы. Анастигмат из двух линз.

6. Оптические микроскопы. Принцип действия микроскопа. Оценка качества изображений в микроскопии. Зеркальные и зеркально-линзовые объективы. Окуляры, применяемые в микроскопах. Унификация оптических узлов микроскопов.

7. Виды оптических микроскопов. Конфокальный микроскоп. Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия.

8. Методы световой микроскопии. Метод светлого поля. Метод темного поля. Метод ультрамикроскопии. Поляризационная микроскопия. Метод фазового контраста. Метод интерференционного контраста. Метод исследования в свете люминесценции. Метод наблюдения в УФ-лучах.

Лабораторные работы по курсу

Таблица 11

№ п/п	Тема	Объем, ч	Литература
1	Лабораторная работа №1. Эллипсометрия	8	[1–2, 5]
2	Лабораторная работа №2. Спектроскопия	8	[1–2, 5]

Продолжение таблицы 11

№ п/п	Тема	Объем, ч	Литература
3	Лабораторная работа №3. Экспериментальное исследование светового поля источника видимого излучения	8	[1–2, 5]
4	Лабораторная работа №4. Дисперсия. Наблюдение спектров	8	[1–5]
5	Лабораторная работа №5. Анализ результатов работы	4	[4, 7, 8]
	Итого:	36

Литература

1. Абдрахманова А. Х., Шмакова О. П., Нефедьев Е. С. Элементы квантовой оптики и атомной физики. – М. : Книжный дом Университет, 2006.

2. Алесковский В. Б. Физико-химические методы анализа. – Л. : Химия, 1988.

3. Астахов А. В., Широков Ю. М. Курс физики. – М. : Наука, 1977–1981. – Тт. I–III.

4. Ахманов С. А., Никитин С. Ю. Физическая оптика. – М. : МГУ Наука, 2004.

5. Волькенштейн В. С. Сборник вопросов и задач по общей физике. – М. : Высшая школа, 1991.

6. Голубь Б. И., Котюк А. Ф., Кузин А. Ю. Основы обеспечения единства оптико-физических измерений. – М. : Горячая Линия-Телеком, 2006.

7. Диденко И. А., Либенсон М. Н. // Опт. вестн. – 1992. – № 5/6. С. 1–2.

8. Жданов Г. С., Либенсон М. Н., Марциновский Г. А. Оптика внутри дифракционного предела // УФН. – 1998. – Т. 168. –
№ 7. – С. 801–804.

9. Заказнов Н. П., Кирюшин С. И., Кузичев В. И. Теория оптических систем. – М. : Лань, 2008.

10. Кумар Уикрамасингх Х. // В мире науки. – 1989. – № 12. –
С. 62–71.

12. Ландсберг Г. С. Оптика. – Изд. 5-е. – М. : Наука, 1976–1977.

13. Либенсон М. Н. Поверхностные электромагнитные волны
в оптике // Соросовский образовательный журнал. – 1996. –
№ 11. – С. 103–110.

14. Матвеев А. Н. Курс общей физики. – М. : Высшая школа, 1976–1989. – Тт. I–V.

15. Оптико-электронные приборы для научных исследований / Под ред. Л. А. Новицкого. – М. : Машиностроение, 1986.

16. Савельев И. В. Сборник вопросов по общей физике. – М. : Наука, 1982.

17. Скоков И. В. Оптические спектральные приборы. – М. : Машиностроение, 1984.

18. Суворов А. Л. Микроскопия в науке и технике. – М. : Наука, 1981.

19. Суханов А. Д. Лекции по квантовой физике. – М. : Высшая школа, 1991.

20. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. – М. : Мир, 1976–1978. – I–IX.

21. Шмидт В. Оптическая микроскопия для химиков и биологов. – М. : Техносфера, 2007.

22. Betzig E., Chichester R. J. // Science. – 1993. – Vol. 262. –
P. 1422–1425.

23. Pohl D. W., Denk W., Lanz M. // Appl. Phys. Lett. – 1984. – Vol. 44. – P. 651–664.

2.4 Программа курса «Проектирование элементной базы наносистем»

Blog

«Методы микроскопии»

Содержание