Рабочая учебная программа дисциплины «наноэлектроника» Направление подготовки
| Вид материала | Рабочая учебная программа |
- Рабочая учебная программа дисциплины Физические основы электронной техники Направление, 612.9kb.
- Рабочая учебная программа дисциплины Численные методы Направление подготовки, 325.84kb.
- Рабочая учебная программа дисциплины Методы математической физики Направление подготовки, 242kb.
- Рабочая учебная программа дисциплины Уравнения математической физики Направление подготовки, 224.86kb.
- Рабочая учебная программа по дисциплине «Моделирование рынка ценных бумаг» ен., 282.34kb.
- Рабочая программа дисциплины «теоретические основы теплотехники» Направление подготовки, 554.69kb.
- Рабочая программа дисциплины «Техническая термодинамитка» Направление подготовки, 804.99kb.
- Рабочая программа дисциплины Физика, ен. Ф. 03 направление подготовки, 491.56kb.
- Рабочая программа дисциплины «Компьютерная диагностика» Направление подготовки, 209.63kb.
- Рабочая учебная программа дисциплины информационные технологии направление подготовки, 263.62kb.
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
«НАНОЭЛЕКТРОНИКА»
Направление подготовки 210100.62 Электроника и наноэлектроника
Профиль подготовки Микроэлектроника и твердотельная электроника
Квалификация (степень) Бакалавр
Форма обучения Очная
Иваново, 2010
1. Цели освоения дисциплины
Образовательные цели дисциплины:
Сформировать у студентов систему структурированных знаний по физико-химическим особенностям вещества в наноформе, его получении, обработке и применении в электронике (наноэлектронике). Выработать у обучающихся концептуальный подход при обосновании оптимального метода формирования квантово-размерных структур и выбора методик контроля их параметров. Сформировать у обучающихся навыки описания свойств нанотехнологических устройств, а также систем их классификации на основе современных теорий и подходов.
Профессиональные цели дисциплины:
Сформировать теоретические и практические основы для осознанного и целенаправленного использования полученных знаний при создании элементов, приборов и устройств микроэлектроники и наноэлектроники. Подготовить специалиста способного самостоятельно организовать технологический процесс с учетом современных знаний в области наноэлектроники и технологического оборудования.
Обобщить знания студентов в области физико-химических процессов, унифицировать знания и умения обучающихся в сфере классификации и выбора оптимального набора процессов обработки сырья и материалов в технологии микро- и наноэлектроники, выработать навыки работы в коллективе (малых группах), повысить уровень их квалификации и мастерства в области профессиональной деятельности, стимулируя их стремление к саморазвитию.
Формировать знания в области современных тенденций развития электроники и методов обработки полупроводниковых материалов и структур с использованием различных технологий; способствовать развитию навыков по технологической подготовке производства материалов и изделий электронной техники, разработке технологических инструкций и сопутствующей документации с описанием процессов обработки полупроводниковых подложек, используемого оборудования и расходных материалов.
Задачи дисциплины:
1. Расширение кругозора и эрудиции студентов на базе изучения законов физики низкоразмерных полупроводниковых структур для последующего использования их при создании приборов наноэлектроники,
2. Формирование знаний и умений в области технологии формирования низкоразмерных элементов и структур.
3. Обобщение знаний студентов в области физико-химических процессов формирования квантово-размерных структур с целью унификации знаний и умений в области технологии получения изделий наноэлектроники, повышения их квалификации и мастерства в области профессиональной деятельности с одновременным стимулированием их стремления к саморазвитию.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Наноэлектроника» относится к циклу профессиональных дисциплин модуля профессиональной подготовки направления 210100 «Электроника и наноэлектроника», базируется на результатах изучения дисциплин естественно-научного цикла, в том числе его:
- базовой части - «Химия (общая и неорганическая), «Физика»,
- вариативной части - «Квантовая механика и статфизика», а также
цикла профессиональных дисциплин, в том числе:
- модуля профессиональной подготовки – «Материалы электронной техники», «Физика конденсированного состояния», «Физические основы электроники» и
- вариативной части – «Введение в нанотехнологии».
Это одна из основных профессиональных дисциплин профиля, так как без знания основ наноэлектроники невозможна организация эффективной работы на современных предприятиях по производству электронной техники.
Для успешного усвоения дисциплины студент должен
знать:
- закономерности поведение заряженных частиц в электрических и магнитных полях, законы электромагнитной индукции и волновых процессов, основы квантовой механики, квантовую статистику электронов в металлах и полупроводниках, строение и классификацию элементарных полупроводниковых материалов; основные понятия и определения нанотехнологии;
- электронное строение атомов и молекул, основы теории химической связи в соединениях разных типов, строение вещества в конденсированном состоянии, основные закономерности протекания химических процессов, химические свойства элементов различных групп периодической системы и их соединений;
- классификацию и характеристики объемных материалов (монокристаллических и поликристаллических), законы конденсации, испарения (распыления) и сублимации объемных материалов;
- принципы работы и характеристики дискретных, интегральных полупроводниковых диодов, биполярных (полевых) транзисторов, тиристоров; физические и электротехнические модели p-n-переходов.
уметь:
- применять законы физики и химии; решать типовые задачи, связанные с основными разделами квантовой механики и статфизики; уметь строить простейшие математические модели для описания свойств простейших дискретных (интегральных) элементов на основе p-n-переходов, выполненных по классической планарно-эпитаксиальной технологии; использовать физические законы при анализе и решении задач электротехнического профиля;
- работать в качестве пользователя персонального компьютера, работать с программными средствами общего назначения;
- использовать термодинамические справочные данные и количественные соотношения неорганической химии;
- трактовать и описывать результаты моделирования процессов, протекающих в p-n-переходах;
владеть:
- методами поиска и обмена информацией в глобальных и локальных компьютерных сетях,
- методами проведения физических измерений, методами корректной оценки погрешностей при проведении физического эксперимента;
- теоретическими методами описания свойств простых и сложных веществ на основе их электронного строения и положения в периодической системе химических элементов;
- подходами и методами квантовой механики для описания закономерностей движения квантовых частиц в поле потенциальных барьеров.
Освоение данной дисциплины как предшествующей необходимо при изучении следующих дисциплин:
- «Основы проектирования электронной компонентной базы»;
- «процессы микро- и нанотехнологий»;
- «Ваккумно-плазменные процессы и технологии»
- «Технология и оборудование производства изделий твердотельной электроники»
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
3.1. Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):
- готовностью учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК-3);
- способностью строить простейшие физические и математические модели приборов, схем, устройств и установок электроники и наноэлектроники различного функционального назначения, а также использовать стандартные программные средства их компьютерного моделирования (ПК-19);
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
знать:
- определения, отличительные черты, классификацию наночастиц, нанотехнологий, квантоворазмерных структур, сложных (бинарных, третичных и т.д.) полупроводниковых монокристаллических материалов, гетероструктур и гетеропереходов, сверхрешеток, нанотрубок, магнитных мультислоёв, нитевидных нанокристаллов (полупроводниковых нановискеров), транзисторов с высокой подвижностью электронов (Higt Electron Mobility Tranzistor, HEMT), микро- и нано- электромеханических систем (MEMS и NEMS Micro(Nano)-Electro-Mechanical Systems);
- основные положения макро- микро- и нанотрибологии, применительно к использованию атомно-силовой микроскопии в нанотехнологии при формировании низкоразмерных полупроводниковых структур; законы Амонтона-Кулона; модели Баудена-Табора и DMT (Derjagin, Miller, Toropov);
- методы молекулярно-пучковой эпитаксии, эпитаксии из металлорганических соединений (металлорганическая газофазная эпитаксия) и жидкостной эпитаксии – как технологические подходы получения гетероструктур; механизмы роста гетероструктур в наноэлектронике (островковый, послойный и промежуточный); стадии ростового процесса; определение вицинальной (разориентированной) поверхности; признаки и причины фасетирование растущей полупроводниковой пленки; основные выводы теории Андреева и Марченко (теории спонтанного образования периодически фасетированных поверхностей); метод огибающей волновой функции для описания электронных состояний в гетероструктурах;
- модели псевдоморфного и метаморфного роста гетероструктур в наноэлектронике; наноэлектронные приборы на основе решеточно-рассогласованных гетероструктур; закон Вегарда (для описания непрерывного ряда твердых растворов, согласованных по параметрам кристаллической решетки с материалом подложки); изменения в электронной (зонной) структуре механически напряженного монокристалла по сравнению с ненапряженным полупроводниковым материалом; механизмы релаксации напряжения в псевдоморфных полупроводниковых структурах; механизмы «замораживания» дислокаций;
- типы квантоворазмерных структур в наноэлектронике (квантовые точки, ямы, проволоки, сверхрешетки и их комбинации, приборы с двумерным электронным газом); модели «мелкой» и «глубокой» (широкой) квантовых ям; квантование зонного электронного спектра; возможные пути применения сверхрешеток;
- квантовый целочисленный и дробный эффекты Холла; магнитные сверхрешетки и гигантский магниторезистивный эффект; основные положения теории «Фазонов» и самоорганизации структур наноэлектрогники.
- уметь:
- применять полученные знания в области современных тенденций развития электроники, измерительной и вычислительной техники в своей профессиональной деятельности; строить простейшие физические и математические модели приборов, схем, устройств и установок электроники и наноэлектроники различного функционального назначения; использовать стандартные программные средства их компьютерного моделирования;
- применять положения макро- микро- и нанотрибологии при описании свойств и характеристик низкоразмерных полупроводниковых структур; применять законы Амонтона-Кулона, модели Баудена-Табора и DMT (Derjagin, Miller, Toropov) при моделировании приборов наноэлектроники;
- описывать механизмы роста гетероструктур в наноэлектронике и стадии их ростового процесса, интерпретировать причины фасетирования растущей полупроводниковой пленки, применять на практике основные выводы теории Андреева и Марченко и метода огибающей волновой функции для описания электронных состояний в гетероструктурах;
- применять модели псевдоморфного и метаморфного роста гетероструктур для описания свойств и характеристик изделий наноэлектроники; описывать свойства наноэлектронных приборы на основе решеточно-рассогласованных гетероструктур; применять закон Вегарда для описания непрерывного ряда твердых растворов, согласованных по параметрам кристаллической решетки с материалом подложки, трактовать и описывать изменения в электронной (зонной) структуре механически напряженного монокристалла с использованием гидродинамических аналогий (гидростатический и сдвиговой вклады), применять механизмы релаксации напряжения в псевдоморфных полупроводниковых структурах и механизмы «замораживания» дислокаций с целью описания свойств наноустройств на их основе;
- классифицировать типы квантоворазмерных структур в наноэлектронике (квантовые точки, ямы, проволоки, сверхрешетки и их комбинации, приборы с двумерным электронным газом), применять модели «мелкой» и «глубокой» (широкой) квантовых ям, учитывать квантование зонного электронного спектра при конструировании приборов наноэлектроники;
- разбираться в квантовом целочисленном и дробном эффектах Холла, магнитных сверхрешетках и гигантском магниторезистивном эффекте; трактовать основные положения теории «Фазонов» применительно к самоорганизации структур наноэлектрогники; выполнять квантование зонного электронного спектра; разбираться в лазерах на квантовых ямах и точках;
- владеть:
- методами расчета наноэлектронных приборов, методами исследования физических свойств наноструктур, методами теоретического анализа физических процессов наноэлектроники;
-первичными навыками работы на установках молекулярно-пучковой эпитаксии, эпитаксии из металлорганических соединений (металлорганическая газофазная эпитаксия) и жидкостной; методом огибающей волновой функции для описания электронных состояний в гетероструктурах;
- первичными навыками получения псевдоморфных и метаморфных гетероструктур, наноэлектронных приборов на основе решеточно-рассогласованных гетероструктур; навыками подбора третичных и более сложных твердых растворов, согласованных по параметрам кристаллической решетки с материалом подложки; навыками расчета электронной (зонной) структуры механически напряженного монокристалла;
- терминологий квантовой механики с целью описания характеристик квантоворазмерных структур наноэлектроники (квантовых точкек, ям, проволок, сверхрешеток и их комбинаций, приборов с двумерным электронным газом); практическими навыками расчета закономерностей квантования зонного электронного спектра, величины магнитосопротивления в магнитных сверхрешетках, величин контактной разности потенциалов между зародышем новой фазы (фазоном) и средой окружения или, соответственно, размера (диаметра) фазона, исходя из величины контактной разности потенциалов зародыша новой фазы и среды окружения, демонстрируя принцип самоорганизации структур наноэлектроники.
4. Структура дисциплины «Наноэлектроника»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единиц, 144 часов.
| Вид учебной работы | Всего часов | Семестры |
| № 5 | ||
| Аудиторные занятия (всего) | 75 | 75 |
| В том числе: | | |
| Лекции (Л) | 30 | 30 |
| Практические занятия (ПЗ) | 29 | 45 |
| Семинары (С) | 16 | - |
| Лабораторные работы (ЛР) | - | - |
| Самостоятельная работа студентов (СРС) (всего) | 69 | 69 |
| В том числе: | | |
| Курсовой проект (работа) | - | - |
| Расчетно-графические работы | 17 | 17 |
| Реферат | - | - |
| Оформление отчетов по лабораторным работам | - | - |
| Подготовка к текущим занятиям, коллоквиумам | 34 | 34 |
| Подготовка к экзамену | 18 | 18 |
| Вид промежуточной аттестации:: зачет (З), экзамен (Э) | З, Э | З, Э |
| Общая трудоемкость час зач. Ед. | | 144 |
| 4 | 6 |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
Модуль 1. Введение. Основные положения и определения.
Определения мезоскопических структур, систем пониженной размерности, наночастиц, нанотехнологий, квантоворазмерных структур, сложных (бинарных, третичных и т.д.) полупроводниковых монокристаллических материалов, гетероструктур и гетеропереходов, сверхрешеток, нанотрубок, магнитных мультислоёв, нитевидных нанокристаллов (полупроводниковых нановискеров), транзисторов с высокой подвижностью электронов (Higt Electron Mobility Tranzistor, HEMT), микро- и нано- электромеханических систем (MEMS и NEMS Micro(Nano)-Electro-Mechanical Systems); специфика взаимодействий на микро- и наноуровнях; грануляция вещества при конденсации на подложках; основные положения макро- микро- и нанотрибологии; законы Амонтона-Кулона; модели Баудена-Табора и DMT (Derjagin, Miller, Toropov).
Модуль 2. Физические явления в гетероструктурах и приборные применения гетероструктур.
Методы молекулярно-пучковой эпитаксии, эпитаксии из металлорганических соединений (металлорганическая газофазная эпитаксия) и жидкостной эпитаксии – как технологические подходы получения гетероструктур; две концептуальные парадигмы получения наноустройств – «сверху-вниз» и «снизу-вверх» (по работам Р. Феймана и Э. Дрекслера), механизмы роста гетероструктур в наноэлектронике (островковый, послойный и промежуточный); стадии ростового процесса; фасетирование растущей полупроводниковой пленки; основные выводы теории Андреева и Марченко (теории спонтанного образования периодически фасетированных поверхностей); учет поверхностной энергии при формировании устройств наноэлектроники; метод огибающей волновой функции для описания электронных состояний в гетероструктурах; модели псевдоморфных и метаморфных гетероструктур и наноустройства на их основе; наноэлектронные приборы на основе решеточно-рассогласованных гетероструктур; закон Вегарда (для описания непрерывного ряда твердых растворов, согласованных по параметрам кристаллической решетки с материалом подложки); изменения в электронной (зонной) структуре механически напряженного монокристалла по сравнению с ненапряженным полупроводниковым материалом; механизмы релаксации напряжения в псевдоморфных полупроводниковых структурах; механизмы «замораживания» дислокаций; проявление волновых свойств в кинетических явлениях мезоскопических структур; квантование зонного электронного спектра; резонансное туннелирование и туннельно-резонансные диоды.
Модуль 3. Квантоворазмерные структуры и их приборное применение.
Определения, физические свойства и применение квантовых точек, ям, проволок, полупроводниковых сверхрешеток и их комбинаций, структур с двумерным электронным газом, магнитных сверхрешеток; модели «мелкой» и «глубокой» (широкой) квантовых ям; квантование зонного электронного спектра; сверхрешетки и блоховские осцилляции; квантовый целочисленный и дробный эффекты Холла (дробные заряды и промежуточная статистика) в двумерном электронном газ; использование гигантского магниторезистивного эффекта для конструирования приборов нового поколения; основные положения теории «Фазонов» и самоорганизации структур наноэлектрогники; возможности самосборки элементов устройств низкоразмерных полупроводниковых приборов.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
| № п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| 1. | Квантовая механика и статфизика. | | + | + |
| 2. | Материалы электронной техники. | + | + | |
| 3. | Физика конденсированного состояния. | | + | |
| 4. | Физические основы электроники. | | + | + |
| 5. | Введение в нанотехнологии. | + | | |
| 6. | Основы проектирования электронной компонентной базы | | + | + |
| 7. | роцессы микро- и нанотехнологий | + | + | + |
| 8. | Ваккумно-плазменные процессы и технологии. | | | + |
| 9. | Технология и оборудование производства изделий твердотельной электроники | | + | + |