«УТВЕРЖДАЮ»
Ректор
ФГБОУ ВПО «Саратовский
государственный университет
имени Н.Г. Чернышевского»
д-р геогр. наук, профессор
_ А.Н. Чумаченко
28 марта 2014 г.
Программа вступительного испытания в магистратуру на направление подготовки 22.04.01 «Материаловедение и технологии материалов»
в ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского» в 2014 году Саратов – 2014 Пояснительная записка Вступительное испытание направлено на выявление степени готовности абитуриентов к освоению магистерской программы «Современные материалы и нанотехнологии» направления подготовки 22.04.01 «Материаловедение и технологии материалов», реализуемой на факультете нано- и биомедицинских технологий. В ходе вступительного испытания оцениваются обобщенные знания и умения по дисциплинам указанного направления; выявляется степень сформированности компетенций, значимых для успешного освоения соответствующих магистерских программ.
Вступительное испытание проводится в форме устного междисциплинарного экзамена по дисциплинам направления «Материаловедение и технологии материалов».
Содержание программы Раздел 1. Материаловедение (включая кристаллографию) Основы кристаллографии: определение кристалла, кристаллографические 1.
системы координат, кристаллические ячейки и решетки, решетки Бравэ, индицирование узлов, направлений и плоскостей в решетке.
Элементы симметрии: понятие симметрии в кристаллах, элементы 2.
симметрии (симметрические преобразования), теоремы о сочетании элементов симметрии.
Типы связей в кристаллах: молекулярные кристаллы, металлические 3.
кристаллы, ионные кристаллы, ковалентные кристаллы.
Механические свойства материалов: прочность, твердость, упругость, 4.
пластичность, вязкость, методы определения механических свойств.
Диаграммы состояния: двухкомпонентных сплавов из не растворяющихся 5.
друг в друге элементов, частично растворяющихся элементов, химически взаимодействующих элементов, трехкомпонентных сплавов.
Характеристики материалов и их свойств: черные металлы, цветные металлы, 6.
полупроводники, полимеры, лаки, краски, компаунды, композитные материалы.
Раздел 2. Физика и химия материалов и покрытий 1. Основы теории гетерогенных сред, принципы создания композиционных материалов и покрытий. Классификация и основные типы гетерогенных систем по природе фаз, характеру их распределения и взаимодействия по границе раздела. Закономерности формирования гетерогенных систем и при самопроизвольном разделении фаз и при их искусственном сочетании, основные типы фазовой структуры гетерогенных систем.
2. Поверхностные явления в гетерогенных системах и их роль в формировании и стабилизации их фазовой структуры. Молекулярная адсорбция. Уравнение изотермы Ленгмюра. Полимолекулярная адсорбция. Уравнение изотермы БЭТ.
3. Взаимосвязь природы фаз их объемного соотношения, характера распределения и взаимодействия по границе раздела на основные физические, физико-химические и физико-механические свойства гетерогенных систем.
Раздел 3. Квантовая теория и низкоразмерные эффекты в твердых телах Волновой пакет, амплитуда вероятности, групповая скорость и область 1.
локализации частицы.
Уравнение Шредингера. Стационарное уравнение Шредингера. Спектр 2.
энергии частицы в потенциальной яме со стенками бесконечной высоты.
Прохождение частицы через потенциальный барьер (туннельный эффект).
3.
Тождественность частиц. Бозоны и фермионы. Принцип Паули.
4.
Сверхпроводники 1 и П рода. Кривая намагничения. Смешанное состояние.
5.
Вихри Абрикосова.
Высокотемпературная сверхпроводимость. Механизм образования 6.
двумерного дырочного газа.
Определение ширины энергетической зоны и эффективной массы электрона в приближении сильной связи.
Обратная решетка.
Приближение слабой связи. Зоны Бриллюэна.
1. Движущая сила прогресса в технологии материалов и покрытий. История и тенденции развития технологий получения новых материалов и покрытий, микро- и нанотехнологий.
2. Традиционные и новые технологические процессы и операции производства, обработки и переработки материалов и нанесения покрытий. Особенности используемых и перспективных микро и нанотехнологий.
3. Технология как совокупность способов и процессов (физических, химических и др.). Лимитирующая стадия технологического процесса.
Использование в технологическом процессе материалов в активированном состоянии. Периодические и непрерывные технологические процессы.
Определение параметров процессов и технологической оснастки.
4. Методы разделения и очистки материалов. Сорбционные процессы. Ионный обмен. Хроматография. Жидкостная экстракция. Ректификация. Химические транспортные реакции. Электрохимические методы очистки. Разделение в силовых полях. Направленная кристаллизация.
5. Технология роста монокрсталлов и эпитаксиального роста пленок.
Гомогенное и гетерогенное зародышеобразование. Особенности кристаллизации и роста кристаллов и пленок из пара, жидкости и твердой фазы. Влияние примесей. Направленная кристаллизация, зонная плавка, вытягивание из расплава, выращивание из раствора, особенности роста на реальных поверхностях. Легирование. Методы получения заданного распределения примесей и выравнивания состава.
6. Технология стекол. Механизм размягчения и плавления. Виды стекол.
Силикатное стекло. Стекловарение оксидных стекол. Получение пленок стекла.
7. Технология керамических материалов и ситаллов. Подготовка массы.
Формование. Сушка. Обжиг.
8. Методы нанесения покрытий формирования тонких пленок и технологическое оборудование Раздел 5. Моделирование и оптимизация материалов и 1. Математические модели микро и макроуровня.
2. Иерархия математических моделей и формы их представления 3. Модели тепловых, гидравлических, деформационных, импульсных процессов, процесс сов осаждения;
4. Динамические модели сложных объектов;
5. Имитационное моделирование.
6. Понятие об оптимизации, объект оптимизации, критерии оптимальности, виды задач оптимизации технологических процессов 7. Методы анализа и теоретические модели технологических процессов.
8. Аналитические методы оптимизации: линейное и нелинейное программирование.
Раздел 6. Методы исследования и диагностика материалов структур;
1. Основные методы определения концентрации и подвижности носителей заряда.
2. Основные методы определения параметров зонной энергетической структуры материалов. Особенности её изучения в микро- и нанообъектах.
3. Дисперсия проводящей среды и бесконтактные методы определения свойств полупроводниковых материалов и структур.
4. Дисперсия проводящей среды в магнитном поле и методы определения свойств материалов и структур на основе циклотронного и магнитоплазменного резонансов и эффекта Фарадея.
5. Основные методы определения температуры структур в ходе их образования.
6. Методы и средства определения топологических параметров.
7. Сканирующая зондовая туннельная микроскопия. Сканирующая зондовая атомно-силовая микроскопия.Основные артифакты и пути их исключения.
8. Методы и средства определения состава структур на основе Оже электронной спекроскопии и вторичной ионной масс-спектроскопии.
9. Многопараметровое определение свойств нанослоёв на основе спектральной эллипсометрии и на основе растровой электронной микроскопии.
Литература к разделу 1:
а) основная литература:
1. Материаловедение. Технология конструкционных материалов : учеб. пособие / под ред. В. С. Чередниченко. - 5-е изд., стер. - М. : Омега-Л, 2009. - 751 с.
2. Колесов С. Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов [Текст] : учеб. для вузов / С. Н. Колесов, И. С. Колесов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 2008. - 534 с.
3. Общая минералогия [Текст] : учебник / А. Г. Булах, В. Г. Кривовичев, А. А.
Золотарёв. -4-е изд., доп. и перераб. - М. : Академия, 2008. - 410, [6] с. : ил. Высшее профессиональное образование. Естественные науки). - Библиогр.:
с. 402-403. - Предм. указ.: с. 404-407с.
4. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и твердые тела [Текст] :
учеб. пособие для вузов / В. Г. Цирельсон. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010.
- 495, [1] с. : граф., табл. - (Учебник для высшей школы). - [Квантовая химия.
Молекулы, молекулярные системы и твёрдые тела]. - Библиогр. в конце глав.
- Библиогр.: с.485-487. - Предм. указ.: с. 488-495.
5. Синхротронное излучение. Методы исследования структуры веществ [Текст] : учеб. пособие/ Г. В. Фетисов ; под ред. Л. А. Асланова. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 671, [1] с. : рис. - (Фундаментальная и прикладная физика). Библиогр.: с. 636-663. - Предм. указ.: с. 664-671.
б) дополнительная литература:
1. Биомедицинское материаловедение : учеб. пособие для вузов / С. П. Вихров [и др.]. - М.: Горячая линия - Телеком, 2006. - 383 с.
2. Нанотехнологии. Наноматериалы. Наносистемная техника. Мировые достижения - 2008 год : сборник / под ред. П. П. Мальцева. - М. :
Техносфера, 2008. - 430 с.
3. Пантелеев, В. Г. Компьютерная микроскопия / В. Г. Пантелеев, О. В.
Егорова, Е. И. Клыкова. - М.: Техносфера, 2005. - 303 с.
4. Хартманн У. Очарование нанотехнологии (Fascination Nanotechnologie) / У.
Хартманн ; пер. с нем. Т. Н. Захаровой ; под ред. Л. Н. Патрикеева. - М. :
БИНОМ. Лаб. знаний, 2008. - 173 с.
5. Пул Ч. П. (мл.). Нанотехнологии : учеб. пособие / Ч. П. Пул, Ф. Дж. Оуэнс ;
пер. с англ. под ред. Ю. И. Головина. - 3-е изд., доп. - М. : Техносфера, 2007.
6. Старостин В. В. Материалы и методы нанотехнологии : учеб. пособие / В. В.
Старостин ; под общ. ред. Л. Н. Патрикеева. - М.: БИНОМ. Лаб. знаний, 7. Уорден, К. Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение / К. Уорден ; пер. с англ. под ред. С. Л. Баженова. - М.:
Техносфера, 2006. - 223 с.
8. Дугин А. Н. Современные магнитные материалы: учеб. пособие по курсу "Материаловедение" для студентов машиностроит. и приборостроит.
специальностей / А. Н. Дугин, И. Д. Кособудский, В. П. Севостьянов. Саратов: Приволж. кн. изд-во, 2003. – 74 с.
9. Хрусталев В. Н. Криминалистическое исследование веществ, материалов и изделий : курс лекций : учеб. пособие / В. Н. Хрусталёв, В. М.
Райгородский. - Саратов: Сарат. юрид. ин-т МВД России [изд.], 2005. - 10. Методы оптимального проектирования и расчета композиционных конструкций : в 2 т. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2008. - Т. 1 : Оптимальное проектирование конструкций из композиционных и традиционных материалов / В. Н. Бакулин, Е. Л. Гусев, В. Г. Марков. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 11. Наноматериалы, нанотехнологии и области их применения : рек. список науч. и науч.-попул. лит. за 2000-2006 гг. / Сарат. гос. ун-т им. Н. Г.
Чернышевского, Зон. науч. б-ка им. В. А. Артисевич ; сост.: Г. А.
Колокольникова, М. М. Стольниц ; науч. ред. Д. А. Усанов. - Саратов : [б.
12. Физико-химическая эволюция твердого вещества [Текст] / И. В. Мелихов. М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. - 309, [3] с. : ил. - (Нанотехнология). Физико-химическая эволюция твёрдого вещества]. - Библиогр. в конце 13. Физическая химия твердого тела: Кристаллы с дефектами [Текст] : учеб. для хим.-технол. спец. вузов по спец."Хим. технология материалов и изделий электрон. техники" / П. В. Ковтуненко. - М. : Высш. шк., 1993. - 352 с. : ил.
14. Введение в кристаллофизику [Текст] : учеб. пособие / В. Ф. Названов. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1993. - 90 с. : ил. - Библиогр.
15. Свойства материалов. Анизотропия, симметрия, структура [Текст] = Properties of Materials. Anisotropy, Symmetry, Structure / Р. Э. Ньюнхем ; пер.
с англ. А. А. Чумичкина. - М. ; Ижевск : Ин-т компьютер. исслед. [изд.] :
НИЦ "Регуляр. и хаот. динамика", 2007. - 651, [1] с. : рис., табл. - Библиогр.:
с. 637-643 (107 назв.). - Предм. указ.: с. 644-651.
16. Выращивание кристалловолокон из расплава [Текст] = Fiber Crystal Growth from the Melt / под ред. Ц. Фукуды, П. Рудольфа, С. Уды ; пер. с англ. под ред. Б. В. Шульгина. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 367, [1] с. : рис. Библиогр. в конце глав.
геоматериалах [Текст] / М. В. Родкин, А. Н. Никитин, Р. Н. Васин ; Геофиз.
центр РАН, Рос. фонд фундам. исслед. - М. : Геос, 2009. - 198, [2] с. : рис., табл. - [Сейсмотектонические эффекты твёрдофазных превращений в геоматериалах]. - Библиогр.: с. 175-193.
18. Генетическая минералогия и стадиальный анализ процессов осадочного породо- и рудообразования [Текст] : учеб. пособие / О. В. Япаскурт. - М. :
ЭСЛАН, 2008. - 356 с. : рис., табл. - Библиогр.: с. 334-352.
Литература к разделу 2:
а) основная литература:
1. Рамбиди, Н.Г. Физические и химические основы нанотехнологий [Текст] / Н.
Г. Рамбиди, А. В. Берёзкин. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 454 с. : рис.
2. Готтштайн Г. Физико-химические основы материаловедения [Текст] = Physical Foundations of Materials Science / Г. Готтштайн ; пер. с англ. К. Н.
Золотовой, Д. О. Чаркина ; под ред. В. П. Зломанова. - М. : БИНОМ. Лаб.
знаний, 2009. - 400 с. : ил.
б) дополнительная литература:
1. Технология материалов электронной техники [Текст] : лаб. практикум : учеб.
пособие для студентов фак. нано- и биомед. технологий / Е. Г. Глуховской [и др.] ; под общ. ред. С. В. Стецюра, Е. Г. Глуховского ; Сарат. гос. ун-т им. Н.
Г. Чернышевского. – Саратов : ООО "Ред. журн. "Промышленность Поволжья" [изд.] : Изд. дом "GrishineL", 2008. – 174 с. (хранится в библиотеке кафедры материаловедения технологии и управления качеством).
2. Физико-химия наноструктурированных материалов : руководство к лаборат. практикуму : учебно – метод. пособие / Климов Б.Н., Штыков С.Н., Глуховской Е.Г., Невешкин А.А., Портнов С.А., Ященок А.М., Иноземцева О.А., Карагайчев А.Л., Румянцева С.С.. – Саратов: OOO Принт-клуб. – 2008.
3. Физико-химия наноструктурированных материалов : учеб. пособие для студентов фак. нано- и биомед. Технологий / Климов Б.Н., Штыков С.Н., Горин Д.А., Иноземцева О.А., Глуховской, Е.Г., Ященок А.М., Колесникова Т.А. / под ред. Б.Н. Климова и С.Н. Штыкова. – Саратов : Новый ветер. – 2009. – 217 с.
4. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А.И. Гусев. М. : Физматлит, 2005. – 410 с.
5. Андриевский Р.А. Наноструктурированные материалы / Р.А. Андриевский, А.В. Рагуля - М. : Академия, 2005. – 178 с.
6. Кособудский И.Д. Введение в химию и физику наноразмерных объектов [Текст] / И.Д. Кособудский, Н.М. Ушаков, Г.Ю. Юрков : науч. изд. – Саратов : Вертикаль, 2007. – 182 с.
7. Барыбин А.А. Физико-технологические основы электроники / А.А. Барыбин, В.Г. Сидоров. - СПб. : ЛАНЬ, 2001. – 268 с.
8. Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / И.П. Суздалев. - M. : КомКнига, 2006.-589 с.
Литература к разделу 3:
а) основная литература:
1. Ландау Л. Д. Теоретическая физика: учеб. пособие : в 10 т. / Л. Д. Ландау, Е.
М. Лифшиц. Т. 3 : Квантовая механика. Нерелятивистская теория / под ред.
Л. П. Питаевского. - 6-е изд., испр. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 800 с.
2. Барановский В. И. Квантовая механика и квантовая химия: учеб. пособие:
для студентов вузов, обучающихся по хим. специальностям / В.И.
Барановский. - М. : Изд. центр "Академия", 2008. - 382 с.
3. Цирельсон В. Г. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и твердые тела : учеб. пособие для вузов. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. с.
б) дополнительная литература:
1. Усанов Д. А. Многочастичные квантовые эффекты в физике твердого тела (экситон, квантовые эффекты Холла, сверхпроводимость) : учеб. пособие для вузов / Д.А. Усанов, С.Г. Сучков. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2007 - 2. Ермаков А. И. Квантовая механика и квантовая химия: учеб. пособие для вузов / А.И. Ермаков. - М. : Юрайт : ИД Юрайт, 2010. - 555 с.
3. Карлов Н. В. Начальные главы квантовой механики / Н. В. Карлов, Н. А.
Кириченко. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 359 с.
4. Галицкий В. М. Задачи по квантовой механике: [700 задач с подроб.
решениями] : учеб. пособие для студентов физ. специальностей вузов : в 2 ч. / В. М. Галицкий, Б. М. Карнаков, В. И. Коган. - М. : Едиториал УРСС, 2001.
5. Квантовая механика : учеб. пособие для вузов / В. В. Мултановский, А. С.
Василевский. - 2-е изд., перераб. - М. : Дрофа, 2007. - 399с.
6. Белинский А. В. Квантовые измерения : учеб. пособие / А В. Белинский. - М.
: БИНОМ. Лаб. знаний, 2008. - 181с.
7. Простейшие модели в квантовой механике : учеб. пособие для студентов физ.
специальностей ун-тов / И. В. Абаренков, С. Н. Загуляев ; С.-Петерб. гос. унт. - СПб. : Изд-во С-Петербург. ун-та, 2004. - 126 с.
8. Общий курс физики : учеб. пособие для вузов : в 5 т. - 3-е изд., стер. Т. 5.
Атомная и ядерная физика / Д.В. Сивухин. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 782 с.
Литература к разделу 4:
а) основная литература:
1. Раскин А. А. Технология материалов микро-, опто- и наноэлектроники. Ч. 1 / А.А. Раскин, В. К. Прокофьева. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. - 163 с.
2. Рощин В. М. Технология материалов микро-, опто- и наноэлектроники. Ч. 2 / В.М. Рощин, М.В. Силибин. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. 179 с.
б) дополнительная литература:
1. Дубровский В.Г. Теория формирования эпитаксиальных наноструктур / В.Г.
Дубровский. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 350 с.
2. Малкович Р. Ш. Математика диффузии в полупроводниках / Р.Ш.
Малкович. - СПб. : Наука, 1999. - 389 с.
3. Красников Г. Я. Физико-технологические основы обеспечения качества СБИС. Ч. 1 / Г.Я. Красников, Н.А. Зайцев. - М. : Микрон-Принт, 1999. - 4. Красников Г. Я. Физико-технологические основы обеспечения качества СБИС. Ч. 2 / Г.Я. Красников, Н.А. Зайцев. - М. : Микрон-Принт, 1999. - 5. Козловский В. В. Модифицирование полупроводников пучками протонов СПб. : Наука, 2003. - 267 с.
6. Таиров Ю. М. Технология полупроводниковых и диэлектрических приборов / Ю.М. Таиров, В.Ф. Цветков. - СПб. : Лань, 2002. - 422 с.
7. Барыбин А. А. Электроника и микроэлектроника. Физико-технологические основы / А.А. Барыбин. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 423 с.
8. Введение в процессы интегральных микро- и нанотехнологий: в 2 т. / под общ. ред. Ю. Н. Коркишко. Т. 1 : Физико-химические основы технологии микроэлектроники / Ю. Д. Чистяков, Ю. П. Райнова. - М. : БИНОМ. Лаб.
знаний, 2010. - 392 с.
9. Гаврилов С.А. Электрохимические процессы в технологии микро- и наноэлектроники / С.А. Гаврилов, А.Н. Белов. - М. : Высш. образование, 10. Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных микросхем: в 2 т. / под общ. ред. Ю. А. Чаплыгина. Ч. 1 :
Технологические процессы изготовления кремниевых интегральных схем и их моделирование / Королёв М. А., Крупкина Т. Ю., Ревелева М. А.. - М. :
БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. – 396 с.
11. Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных микросхем : учеб. пособие. В 2 т. / под общ. ред. Ю. А.
Чаплыгина. Ч. 2 : Элементы и маршруты изготовления кремниевых ИС и методы их математического моделирования / Королёв М. А., Крупкина Т.
Ю., Путря М.Г., Шевяков В.И. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2009. - 422 с.
Литература к разделу 5:
а) основная литература:
1. Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных микросхем [Текст] : учеб. пособие : в 2 т. / под общ. ред. Ю. А.
Чаплыгина. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. - (Электроника). Ч. 1 :
Технологические процессы изготовления кремниевых интегральных схем и их моделирование / М. А. Королёв, Т. Ю. Крупкина, М. А. Ревелева. - М. :
БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. - 396 с.
2. Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных микросхем [Текст] : учеб. пособие : в 2 т. / М. А. Королев [и др.] ; под общ. ред. Ю. А. Чаплыгина. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2010. Электроника). Ч. 2 : Элементы и маршруты изготовления кремниевых ИС и методы их математического моделирования. - М. : БИНОМ. Лаб. знаний, 2009. – 422 с.
3. Репин В.В. Процессный подход к управлению. Моделирование бизнеспроцессов [Текст] / В. В. Репин, В. Г. Елиферов. - 5-е изд. - М. : Стандарты и качество, 2007. – 404 с.
«