КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
"УТВЕРЖДАЮ"
Проректор В.С.Бухмин
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Физика поверхности и тонких пленок
Цикл ДС
ГСЭ - общие гуманитарные и социально-экономические дисциплины; ЕН - общие
математические и естественнонаучные дисциплины; ОПД - общепрофессиональные дисциплины; ДС - дисциплины специализации; ФТД - факультативы.
Специальность: 010400 – Физика (Номер специальности) (Название специальности) Принята на заседании кафедры физики твёрдого тела (Название кафедры) (протокол № 7 от "17" сентября 2009 г.) Заведующий кафедрой (Л.Р.Тагиров) Утверждена Учебно-методической комиссией физического факультета (Название факультета) КГУ (протокол №_ от ""200 г.) Председатель комиссии (Д.А. Таюрский) Методические указания (пояснительная записка) Рабочая программа дисциплины "Физика поверхности и тонких пленок" Предназначена для студентов 4 курса, по специальности: 010400 – Физика (Номер специальности) (Название специальности) АВТОР: В.Ю. Петухов
КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ:
Лекционный курс включает физические представления о поверхностных электронных состояниях, о характере абсорбции и взаимодействия быстрых частиц с поверхностью. Изложена техника получения тонких пленок и модификации поверхности с помощью традиционных вакуумно-термических, а также современных ионно-лучевых и ионно-плазменных методов. Рассмотрены основные современные методы исследования поверхности. Лекционный курс сопровождается лабораторным практикумом по получению тонких пленок и изучению их свойств.1. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение дисциплины «Физика поверхности и тонких пленок»
(Наименование дисциплины) Студенты, завершившие изучение данной дисциплины должны:
обладать теоретическими знаниями об электронной структуре поверхности, физической и химической адсорбции и о физике взаимодействия быстрых частиц с поверхностью;
обладать знаниями о лучевых методах получения и модификации поверхностных свойств тонких пленок и наноструктур;
иметь представление о современных методах исследования тонких пленок. Получить навыки работы на современных установках по получению тонких пленок и модификации их свойств, а также современных приборах по исследованию поверхности и тонких пленок.
2. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах) Форма обучения очная очная, заочная, вечерняя Количество семестров Форма контроля: 8 семестр экзамен зачет, экзамен Количество часов № Виды учебных занятий п/п семестр 1. Всего часов по дисциплине Самостоятельная работа 2.
Аудиторных занятий 3.
в том числе: лекций семинарских (или лабораторно- практических) занятий
ТРЕБОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО
СТАНДАРТА К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ
ПРОГРАММЫ
ДС Примечание: если дисциплина устанавливается вузом самостоятельно, то в данной таблице ставится прочерк.
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
используемые в физике и химии поверхности адсорбция.Поверхностные состояния Тамма и Шокли. Изгиб зон и пиннинг уровня Ферми вблизи поверхности полупроводников. Физическая и химическая адсорбция.
Электрохимический потенциал.
Основные экспериментальные методы измерения работы выхода.
Название темы и ее содержание Роль диссоциативной хемосорбции и молекулярной физической адсорбции в гетерогоенном катализе. Методы исследования каталитических реакций на поверхности.
5 Введение в радиационную физику. Ионизирующее излучение.
Воздействие радиации на свойства модификации физических свойств приповерхностных слоев.
Эффекты и явления, сопровождающие ионную бомбардировку (радиационное дефектообразование, вакансионное распухание, ионное распыление, ионно-стимулированная диффузия и Процессы зарождения и механизмы роста новой фазы. Основные закономерности ИЛС. Особенности и отличия ИЛС от традиционных методов получения тонких пленок.
Некоторые примеры ИЛС.
8 Ионно-стимулированное осаждение. Двухлучевой метод (схема с двумя ионными источниками).
9 Электронно-лучевое осаждение. Процессы, происходящие при бомбардировке вещества электронами.
Термическая и нетермическая электронно-лучевая обработка.
Название темы и ее содержание 10 Молекулярно-лучевая эпитаксия. Схемы основных методов кристаллизации при МЛЭ.
плазменного напыления тонких пленок.
Способы получения низкотемпературной плазмы.
Реактивное ионно-плазменное осаждение.
дифракция электронов.
Симметрия поверхности и описание ее структуры. Методы структурнофазового анализа. Рентгеновская дифракция. Определение структуры поверхности с помощью дифракции медленных электронов и дифракции быстрых электронов.
Обратное резерфордовское рассеяние, Оже-электронная спектроскопия, вторичная ионная масс-спектрометрия, рентгеновский флюоресцентный анализ.
свойств.
Магнитная радиоспектроскопия (ЭПР, ФМР), магнитооптические методы (эффекты Фарадея и Керра).
методы исследования поверхности.
Растровая и просвечивающая электронная микроскопия. Техника поперечного среза. Полевая микроскопия.
Название темы и ее содержание электронной спектроскопии.
Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.
микроскопия (СТМ) и спектроскопия (СТС) для изучения поверхности на атомарном и молекулярном уровне.
Основные принципы работы СТМ, получение атомарного разрешения.
Метод вольт-амперных характеристик при изучении электронной структуры поверхности. Использование СТМ для нанолитографии.
(ССМ) - новый метод исследования физических и химических свойств поверхности в нанометровом масштабе.
Магнитно-силовая микроскопия.
Примечание: программа содержит подробную характеристику содержания темы. Название, количество тем в программе, количество часов на каждую тему определяется согласно Государственному образовательному стандарту по специальности.
ПЕРЕЧЕНЬ РАБОТ ЛАБОРАТОРНОГО СПЕЦПРАКТИКУМА
«Получение тонких пленок ионно-лучевыми методами I. Методы получения тонких пленок 1. Ионно-лучевой синтез наноструктурированных слоев.2. Получение тонких пленок методом магнетронного напыления на постоянном токе.
3. Нанесение магнитных пленок на диэлектрические материалы методом ВЧ магнетронного напыления.
II. Методы исследования тонких пленок и поверхности 4. ЭПР в наноструктурированных материалах.
5. Исследование тонких ферромагнитных пленок методом ФМР.
6. Исследование ионно-имплантированных слоев методом поперечного среза (“cross-section”) в просвечивающей электронной микроскопии.
7. Методы сканирующей зондовой микроскопии поверхности твердых тел (атомно-силовая и туннельная микроскопия).
8. Рентгеноструктурный анализ тонких пленок методом скользящих ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Введение в физику поверхности. М.: Наука, 2006. – 490 с.
2. А.И. Гусев. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнология. М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2005.- 416 с.
3. Зенгуил Э. Физика поверхности. М.: Мир,1990. – 536 с.
4. Ф. Фельдман, Д. Майер. Основы анализа поверхности и тонких пленок. М.: Мир,1989. – 342 с.
5. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела.
М.: Мир, 1989. – 488 с.
6. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками / Под ред. Дж. Поута.- М.:
Машиностроение, 1987. – 424 с.
7. И.А. Аброян, А.Н. Андронов, А.И. Титов. Физические основы электронной и ионной технологии.- М.: Высшая школа, 1984.- 320 с.
8. Д. Вудраф, Т. Делчар. Современные методы исследования поверхности.- М.: Мир, 1989.- 564с.
9. Х. Риссел, И.Руге. Ионная имплантация.- М.: Наука, 1983. – 360 с.
10. Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции/ Под ред. Дж. Поута, К. Ту, Дж. Мейера.- М.: Мир, 1982.- 576 с.
11. Я.С. Уманский и др. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия.- М.: Металлургия, 1982.- 632с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. А.А. Бухараев, Д.В. Овчинников, А.А. Бухараева "Диагностика поверхности с помощью сканирующей силовой микроскопии (обзор)" // Заводская лаборатория, 1997, № 5. с. 10-27.2. Кузьмичев А. Магнетронные распылительные системы. Книга 1.
Введение в физику и технику магнетронного распыления. М.: Аверс, 3. Крапухин В.В., Соколов И.А., Кузнецов Г.Д. Технология материалов электронной техники – М.: МИСИС, 1995. - 493 с.
4. Г.Ф. Ивановский, В.И. Петров. Ионно-плазменная обработка материалов.- М.: Радио и связь, 1986.- 232 с.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ БИЛЕТЫ
1. Физическая и химическая адсорбция.2. Методы структурно-фазового анализа.
1. Электронная структура поверхности и адсорбция.
2. Методы магнетронного и ионно-плазменного напыления тонких пленок.
1. Поверхностные состояния Тамма и Шокли.
2. Ионное легирование полупроводников. Применение ионной имплантации для создания приборов микроэлектроники.
1. Адсорбция и катализ.
2. Эффекты при радиационном воздействии на твердые тела.
1. Ионизирующее излучение. Ядерное и электронное торможение ионов.
2. Сканирующая туннельная микроскопия.
1. Профили распределения примеси при ионной имплантации.
2. Основные принципы работы атомно-силового микроскопа.
1. Радиационные дефекты в твердых телах.
2. Метод вольт-амперных характеристик при изучении электронной структуры поверхности.
1. Радиационное распухание (свеллинг). Блистеринг.
2. Сканирующая силовая микроскопия.
1. Ионно-лучевой синтез. Основные закономерности и особенности 2. Нанолитография с помощью АСМ 1. Ионно-стимулированное осаждение.
2. Нанометрология с помощью АСМ, эффекты свертки, реконструкция поверхности по АСМ-изображению.
1. Термическая и нетермическая электронно-лучевая обработка.
2. Исследование поверхности методами электронной спектроскопии.
1. Молекулярно-лучевая эпитаксия.
2. Ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия.
1. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия 2. Отжиг радиационных нарушений.
1. Работа выхода и методы ее измерения.
2. Методы элементного анализа тонких пленок.
1. Роль диссоциативной хемосорбции и молекулярной физической адсорбции в гетерогенном катализе.
2. Магнитные и магнито-оптические методы исследования тонких пленок.
1. Методы исследования каталитических реакций на поверхности.
2. Кристаллография поверхности и дифракция электронов.