РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине

«Вакуумная и плазменная электроника» (Б.3.В.04)

для направления подготовки бакалавров

210100.62 «Электроника и наноэлектроника»

1. Цели и задачи дисциплины

Ознакомить с основами физической электроники, раскрыть сущность физических явлений и

процессов, обуславливающих принцип действия и параметры большого числа электронных и

полупроводниковых приборов применяемых при разработке и изготовлении различных устройств промышленной электроники.

2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина «Вакуумная и плазменная электроника» входит в вариативную часть «Математического и естественнонаучного цикла» подготовки бакалавров и является основой для дисциплин цикла ОПД.

Студент, начинающий изучение дисциплины «Вакуумная и плазменная электроника», должен знать физику в пределах программы средней школы.

Дисциплины, изучаемые одновременно: «Введение в специальность».

Последующие дисциплины: «Физические основы электроники».

3. Требования к результатам освоения дисциплины 3.1. В результате освоения дисциплины «Вакуумная и плазменная электроника» должна быть сформирована следующая компетенция:

- готовностью учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК-3);

- способностью владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных (ПК-5);

- способностью собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);

- способностью осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования электронных приборов, схем и устройств различного функционального назначения (ПК -9);

- готовностью выполнять расчет и проектирование электронных приборов, схем и устройств различного функционального назначения в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования (ПК -10);

- способностью собирать, анализировать и систематизировать отечественную и зарубежную научнотехническую информацию по тематике исследования в области электроники и наноэлектроники (ПКспособностью 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);

- способностью аргументированно выбирать и реализовывать на практике эффективную методику экспериментального исследования параметров и характеристик приборов, схем, устройств и установок электроники и наноэлектроники различного функционального назначения (ПК-20);

- готовностью анализировать и систематизировать результаты исследований, представлять материалы в виде научных отчетов, публикаций, презентаций (ПК-21);

- готовностью к участию в монтаже, испытаниях и сдаче в эксплуатацию опытных образцов материалов и изделий электронной техники (ПК-28);

3.2. В результате освоения дисциплины студент должен демонстрировать освоение указанными компетенциями по дескрипторам «знания, умения, владения», соответствующие тематическим модулям дисциплины, и применимые в их последующем обучении и профессиональной деятельности:

- Знать:

З.1. физическую сущность процессов, протекающих в твердых телах, газах и вакууме.

З.2. физические и математические модели процессов и явлений, лежащих в основе принципов действия вакуумных и газоразрядных приборов.

З.3. физические принципы работы, возможности, технические характеристики и параметры вакуумных и газоразрядных приборов.

- Уметь:

У.1. применять полученные знания для объяснения принципов работы приборов и устройств вакуумной и плазменной электроники.

У.2. применять полученные знания для объяснения принципов схемах включения и режимах работы электронных ламп.

- Владеть:

В.1. методами экспериментальных исследований параметров и характеристик приборов вакуумной и плазменной электроники.

В.2. современными программными средствами обработки данных эксперимента и моделирования.

B.3. информацией об областях применения и перспективах развития электрно-вакуумных приборов.

3.3. Проектируемые результаты и признаки формирования компетенций.

Компетентностная модель дисциплины Проектируемые результаты освоения Средства и Технологии дисциплины «Х» и индикаторы Индекс технологии формирования компетенции формирования компетенций оценки компетенции Знания (З) Умения (У) Навыки (В) ПК-3, ПК-5 З.1, З.7-З.9 У.2 В.2 Экзамен, 6.1.1-6.1. контрольные работы, устный опрос ПК-6, ПК-9 З.1, З.6-З.9 У.1, У.3 В.1-В.2 Экзамен, 6.1.1-6.1. контрольные работы, устный опрос ПК-10, ПК-18 З.1 – З.6, У.1-У.3 В.2 Экзамен, 6.1.1-6.1. З.8 – З.9 контрольные 4. Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачетных единицах и подготовка к зачетам Курсовая работа (проект) Расчетно-графическая работа 5. Содержание дисциплины по модулям и видам учебных занятий 5.1 Содержание дисциплины по модулям 1. Электронная эмиссия (ЭЭ) 2. Катодный ток и его распределение в вакуумных электронных приборах и устройствах 3. Формирование и управление электронными потоками 4. Преобразование энергии электронного потока в энергию выходного сигнала 5. Плазма и объёмные процессы в плазме газовых разрядов 6. Способы получение и измерение вакуума Модуль 1 Электронная эмиссия (ЭЭ) 1 Основные положения обобщённого подхода к изучению ВЭПУ. Выход Л,С электронов из металлов. Основные виды и законы ЭЭ:

термоэлектронная, автоэлектронная, вторично-электронная, фотоэлектронная, ионно-электронная (взрывная). Основные типы и параметры термоэлектронных катодов. Катоды: чисто-металлические, плёночные, толстослойные (оксидные и боридные), сложные (дистиляционные и импрегнированные). Способы нагрева и конструкции термо-катодов. Катоды прямонакальные и подогревные (косвенного накала), достоинства и недостатки.

Модуль 2 Катодный ток и его распределение в вакуумных электронных приборах и устройствах 2 Электронная баллистика. Поведение электрона в электрическом поле. Л,С Вакуумный диод с термокатодом. Электрические поля в диоде.

Катодный конвекционный ток в диоде и режимы отбора. Закон "степени 3/2". Эффект Шоттки. Поведение электрона в магнитном поле.

Модуль 3 Формирование и управление электронными потоками 3 Определение понятия "электронный поток". Интенсивные и Л,С неинтенсивные электронные потоки (пучки, лучи). Методы и системы формирования электронных потоков. Электронные линзы. Электронные прожекторы и пушки Пирса. Электростатический и магнитные электронно-оптические системы.

Способы управления электронными потоками: электрические, Л,С магнитные, электромагнитные. Способы получения переменного конвекционного тока: модуляция плотности пространственного заряда, токораспределения. Параметры управления током. Диодные и триодные устройства, реализующие квази-электрический способ управления катодным током. Многосеточные электронные лампы. Динатронный эффект и способы подавления.

Модуль 4 Преобразование энергии электронного потока в энергию выходного сигнала осцилографические, приёмно-телевизионные, запоминающие.

Конструктивные схемы и принципы действия, основные характеристики и параметры, области применения и перспективы развития.

Фотоэлектронные приборы (ФЭП), основные типы: фотоэлементы, фотоэлектронные умножители тока, электронно-оптические преобразователи, передающие телевизионные трубки. Конструктивные схемы и принципы действия, основные характеристики и параметры, области применения и перспективы развития.

Модуль 5 Плазма и объёмные процессы в плазме газовых разрядов 5 Определение плазмы. Классификация видов. Математические модели Л,С для описания процессов в плазме. Особенности плазмы в газовых разрядах различных типов. Области применения плазмы газовых разрядов.

Особенности движения частиц в плазме. Генерация и рекомбинация Л,С частиц в плазме. Излучательные процессы. Параметры плазмы при средних и низких давлениях. Квази-изотермическая плазма высокого давления. Плазма газовых разрядов при высокочастотном питании.

Модуль 6 Способы получение и измерение вакуума Понятие вакуум. Способы получения вакуума (принцип действия Л,С механических, параструйных, магниторазрядных и криосорбционных насосов. Движение частиц в вакууме и понятие средней длины свободно пробега молекулы.

Приборы для измерения давления. Классификация и основные параметры вакуумметров. Абсолютные, тепловые, ионизационные и магнитные газоразрядные вакуумметры.

5.2. Содержание практических занятий 5.2.1. Содержание практических работ Цель практических работ – получение практических навыков работы с устройствами вакуумной и плазменной электроники.

Практические занятия выполняется по индивидуальному графику бригадами, состоящими из 2- студентов. За период обучения студент выполняет 4 практические работы из предложенного перечня в соответствии с графиком, разработанным для каждой бригады.

2 лабораторная работа. Изучение конструкций основных электронных приборов + - Электронная лампа, электроннолучевая трубка, тиратрон, индикаторная лампа).

4 3 лабораторная работа. Исследование конструкции и принципа действия + - вакуумного диода.

5 4 лабораторная работа. Исследование конструкции и принципа действия + - фотоэлемента.

Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «Вакуумная и плазменная 6.1.

электроника» используются следующие образовательные технологии:

6.1.1. Информационно-развивающие технологии.

6.1.2. Развивающие проблемно-ориентированные технологии.

6.1.3. Личностно ориентированные технологии обучения.

Индивидуальное обучение Междисциплинарное обучение Опережающая самостоятельная работа 6.2. Интерактивные формы обучения (в соответствии с положением П ОмГТУ 75.03-2012.

«Об использовании в образовательном процессе активных и интерактивных форм проведения учебных занятий») № Семестр, Применяемые технологии интерактивного обучения Кол-во 7. Самостоятельная работа студентов (указываются все виды работ в соответствии с учебным планом) Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление полученных теоретических и практических знаний, развитие навыков практической работы.

7.1. Объем СРС и распределение по видам учебных работ в часах 1. Работа с лекционным материалом, самостоятельное изучение отдельных тем дисциплины; поиск и обзор литературы и электронных источников; чтение и изучение учебника и учебных пособий.

7.2. Темы домашнего задания 1. Способы получения вакуума.

2. Приборы поиска течей в вакуумных системах 3. Усилитель на лампе бегущей волны 4. Вакуумные люминесцентные индикаторы 5. Методы получения тонких пленок 6. Электронновакуумные приборы магнетронного типа 7. Усилитель музыкальной частоты на электронных лампах 8. Электронные линзы 9. Разработка схемы высоковакуумной системы 10. Масс-спектрометры. Принцип действия и конструкция 11. Омегатрон.

12. История вакуумной техники 13. Плазма и ее применение 14. Электронные лампы и полупроводниковые приборы 15. Дуговой разряд в газах 16. Электронно-лучевые приборы и способы отображения информациии 17.Передающая телевизионная трубка 8. Методическое обеспечение системы оценки качества освоения программы дисциплины К промежуточной аттестации студентов по дисциплине «Наноэлектроника» могут привлекаться в качестве внешних экспертов: представители работодателей и преподаватели последующих дисциплин.

8.1. Фонды оценочных средств (в соответствии с П ОмГТУ 73.05 «О фонде оценочных средств по дисциплине») Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций.

Фонд оценочных средств по дисциплине «Наноэлектроника» включает:

- вопросы к зачету;

- вопросы для допуска к выполнению практических работ;

- вопросы к итоговому заданию по практическим работам;

- тестовый комплекс;

- задания для проведения занятий в интерактивной форме.

Оценка качества освоения программы дисциплины «Наноэлектроника» включает текущий контроль успеваемости, промежуточную аттестацию (по модулям), итоговую аттестацию.

Студентам предоставлена возможность оценивания содержания, организации и качества учебного процесса.

8.2. Контрольные вопросы по дисциплине 1. Вакуум. Основные понятия, способы получения.

2. Приборы для измерения глубины вакуума.

3. Форвакуумные насосы.

4. Способы получения высокого вакуума.

5. Виды эмиссии электродов.

6. Термокатоды, их назначение. Конструкция и классификация. Достоинства и недостатки 7. Вакуумный диод. Конструктивная схема включения характеристики.

8. Закон степени 3/2.

9. Вакуумный триод. Конструкция, принцип действия, схема включения назначение.

10. Пентод. Конструкция, принцип действия, схема включения назначение.

11. Тетрод. Конструкция, принцип действия, схема включения назначение.

12. Электронно-лучевые приборы.

13. Электронно-лучевая трубка с электростатическим отклонением луча.

Осциллографическая трубка.

14. Электронно-лучевая трубка с электромагнитным отклонением луча.

15. Электронно-оптические преобразователи.

16. Передающие телевизионные трубки.

17. Рентгеновские приборы.

18. Лампы бегущей волны, их назначение и конструкция 19. Электронные линзы (магнитные и электростатические). Формирование пучка электронов.

20. Фотоэффект.

21. Фотоэлемент. Конструкция, назначение область применения, характеристики.

22. Фотоэлектронный умножитель.

23. Отклоняющие системы. Способы отклонения электронного пучка.

24. Люминофоры.

25. Ионизированный газ и плазма.

26. Понятие метастабильного газа.

27. Газовые лазеры.

28. Тлеющий разряд. Виды и область применения.

29. Приборы тлеющего разряда (индикаторные лампы, индикаторы уровня напряжения).

30. Упругие и неупругие взаимодействия в плазме. Потенциал ионизации.

31. Тиратроны. Назначение, область применения. Пусковая характеристика. Схема 32. Индикаторные панели.

33. Плазменные панели.

34. Законы внешнего фотоэффекта.

35. Магнетроны.

36. Применение вакуума в промышленности и в быту.

37. Микроволновые приборы с линейным электронным потоком (пучком).

38. Автоэлектронная эмиссия.

39. Электронно-лучевое напыление.

40. Технологический процесс изготовления электронных ламп.

41. Ионно-плазменное напыление. Диодная система.

42. Ионно-плазменное напыление. Трех- электродная система.

43. Вакуумно-дуговое напыление.

44. Магниторазрядные манометры.

45. Магниторазрядные насосы.

46. Применение плазмы для очистки поверхностей.

47. Преобразование электронного потока в другие виды энергии.

48. Вторично-электронная эмиссия.

49. Электрон в твердом теле, работа выхода.

50. Генераторные лампы.

51. История вакуумной электроники.

52. Электрический разряд в газе.

53. Ионные манометры.

54. Тепловые манометры.

9. Ресурсное обеспечение дисциплины.

9.1. Материально-техническое обеспечение дисциплины 9.1.1.Практические работы проводятся в специализированной лаборатории кафедры ТЭА (6-131).

9.1.2.Технические средства обучения и контроля.

9.1.2.1. Мультимедийные лекционные аудитории.

9.1.2.2. Использование тестовых заданий для текущего контроля знаний студентов, полученных при самостоятельном изучении лекционного курса и в период промежуточных аттестаций.

9.1.3 Вычислительная техника.

9.1.3.1. При изучении теоретического курса - работа студентов с обучающее-контролирующими программами, содержащими учебный материал по отдельным вопросам курса.

9.1.3.2. При проведении практических работ - применение расчетных программ по обработке результатов эксперимента, а также обучающее - контролирующих программ по проверке усвоения студентом знаний, полученных при выполнении практической работы.

9.2. Учебно-методическое и информационное обеспечение 9.2.1. Основная литература 1. Алексеева, Наталья Ильинична. Вакуумная и плазменная электроника [Текст] : конспект лекций / Н. И. Алексеева, 2010. - 55 с.

2. Белокрылов, Игорь Васильевич. Основы вакуумной техники [Текст] : конспект лекций / И. В. Белокрылов, 2007. - 51 с.

3. Розанов Леонид Николаевич. Вакуумная техника [Текст] : учеб. для вузов по специальности "Электронное машиностроение" направления подгот. "Электроника и микроэлектроника" / Л. Н. Розанов, 2007. - 390, [1] с.

9.2.2. Дополнительная литература 1. Щука Александр Александрович. Электроника [Текст] : учеб. пособие для вузов по специальности 654100 "Электроника и микроэлектроника" / А. А. Щука ; под ред. А. С.

Сигова, 2006. - 799 с.

2. Михайлов Александр Владимирович. Физические основы электроники: активные электронные компоненты и компоненты оптоэлектроники: учеб. пособие / Михайлов А.В., Родионов М. Г., Горшенков А. А.; - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. - 103, [1] с. (гриф) 3. В. И. Старосельский В. И. Физика полупроводниковых приборов микроэлектроники [Текст] : учеб. пособие для студентов вузов по направлению подгот. "Электроника и микроэлектроника" / В. И. Старосельский. - М. : Юрайт, 2011. - 463 с.

4. Белокрылов Игорь Васильевич. Основы вакуумной техники. Методы измерений в вакууме [Текст] : конспект лекций / И. В. Белокрылов, 2011. - 56 с.

5. Щука А.А. Электроника [Текст] / А. А. Щука, 2008. - 752 с.

9.2.3. Периодические издания 1. Наноиндустрия. 2007-2013.

2. Приборы и техника эксперимента. 2000- 9.2.4. Информационные ресурсы 1. ЭБС «АРБУЗ»

2. Научная электронная библиотека elibrary.ru 3. Полнотекстовая база данных «Integrum».

библиотеки)