«Учебно-методическое обеспечение для подготовки кадров по программам высшего профессионального образования для тематического направления ННС Нанотехнологии для систем безопасности Примерная основная образовательная ...»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

имени В.И. Ульянова (Ленина)»

(СПбГЭТУ)

Учебно-методическое обеспечение для подготовки кадров по

программам высшего профессионального образования для

тематического направления ННС «Нанотехнологии для систем безопасности»

Примерная основная образовательная программа высшего профессионального образования подготовки бакалавров Санкт-Петербург 2008

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)»

(СПбГЭТУ)

ПРИМЕРНАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРАКТИКИ

направление «Нанотехнология»

профиль «Нанотехнологии для систем безопасности»

Квалификация (степень) Бакалавр Санкт-Петербург В соответствии с Государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования и учебным планам, студенты, обучающиеся по программам подготовки бакалавров, проходят производственно-технологическую практику. Студенты бакалаврской подготовки сдают государственный экзамен и выполняют выпускную квалификационную работу, по результатам защиты которой им присваивается квалификация «Бакалавр техники и технологии»

Раздел основной образовательной программы бакалавриата «Учебная и производственная практики» является обязательным и представляет собой вид учебных занятий, непосредственно ориентированных на профессионально-практическую подготовку обучающихся.

Конкретные виды практик определяются ООП вуза. Цели и задачи, программы и формы отчетности определяются вузом по каждому виду практики.

Производственная практика ориентирована на реализацию профессиональной деятельности бакалавра по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Нанотехнологии для систем безопасности» включает в себя совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, направленной на создание, исследование, моделирование, проектирование, производство, эксплуатацию и обеспечение безопасности в области наноматериалов, приборов и устройств наноэлектроники и компонентов наносистемной техники, разработку и применение процессов нанотехнологии и методов нанодиагностики Производственная практика охватывает производственно-технологическую, сервисно-эксплуатационную и организационно-управленческая деятельности профессиональной подготовки бакалавра.

Объектами производственной практики бакалавров по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Нанотехнологии для систем безопасности»

являются: приборы, устройства, механизмы, машины на их основе; процессы нанотехнологии и методы нанодиагностики; физико-математические и физикохимические модели процессов синтеза, диагностики и функционирования наноматериалов и нанокомпонентов; аппаратные и программные средства для моделирования, проектирования, получения и исследования наноматериалов и компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники; алгоритмы решения научно-исследовательских и производственных задач, направленные на обеспечение безопасности в области нанотехнологии.

ЦЕЛИ и ЗАДАЧИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРАКТИКИ БАКАЛАВРОВ:

В области производственно-технологическая деятельности производственная практика предполагает виды деятельности студента:

- участие в работах по освоению технологических процессов в ходе подготовки производства наноматериалов и компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники;

- участие в работах по подготовке технической документации на оборудование и процессы нанотехнологии и нанодиагностики;

- организация метрологического обеспечения технологических процессов, использование типовых методов контроля качества выпускаемой продукции;

- безопасное обслуживание технологического оборудования;

- оценка инновационного потенциала новой продукции;

- подготовка документации по менеджменту качества технологических процессов на производственных участках;

- контроль за соблюдением технологической дисциплины;

- контроль за соблюдением экологической безопасности.

В области сервисно-эксплуатационная деятельность производственная практика предполагает виды деятельности студента :

- участие в монтаже, наладке и регулировании технологического и контрольнодиагностического оборудования, используемого при производстве наноматериалов и компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники;

- организация технического обслуживания и ремонта оборудования, используемого при реализации процессов нанотехнологиии и методов нанодиагностики;

- настройка и обслуживание аппаратно-программных средств;

- определение технического состояния и остаточного ресурса технологического и контрольно-измерительного оборудования, контроль за его эксплуатацией;

- приемка и освоение вводимого оборудования;

- составление инструкций по эксплуатации оборудования, программ испытаний и технические условия;

- сборка, наладка, испытания и сдача в эксплуатацию опытных образцов наноматериалов и компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники.

в области организационно-управленческая деятельности производственная практика предполагает виды деятельности студента:

- организация контроля качества и сертификации выпускаемой продукции в области нанотехнологии и систем безопасности;

- составление технической и другой документации, необходимой для организации и сопровождения работ (инструкций, планов, смет, заявок на материалы, оборудование и т.

п.), а также установленной отчетности по утвержденным формам;

- выполнение работ по стандартизации и подготовке к сертификации технических средств, систем, процессов, оборудования и материалов;

- организация работы малых коллективов исполнителей;

- подготовка исходных данных для выбора и обоснования научно-технических и организационных решений на основе экономического анализа;

- подготовка документации для создания системы менеджмента качества предприятия;

- проведение организационно-плановых расчетов по созданию (реорганизации) производственных участков;

- разработка оперативных планов работы первичных производственных подразделений;

- проведение анализа затрат и результатов деятельности производственных подразделений.

В результате производственной практика бакалавр бакалавр направления подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Нанотехнологии для систем безопасности» в соответствии с задачами профессиональной деятельности должен обладать следующими навыками в соответствии с профессиональными компетенциями компетенциями:

Производственно-технологическая деятельность:

владеть знаниями об основах специальных технологических процессах, применяемых для получения наноматериалов и нанокомпонентов для систем безопасности (ПТД-1.1);

использовать специальное контрольно-измерительное оборудование для метрологического обеспечения производства наноматериалов и нанокомпонентов для систем безопасности (ПТД-1.2);

работать на современном технологическом оборудовании, используемом в производстве наноматериалов и нанокомпонентов для систем безопасности (ПТД-1.3);

Сервисно-эксплуатационная- деятельность:

владеть знаниями о технических характеристиках отечественных и зарубежных разработок наноматериалов и нанокомпонентов в области систем безопасности (СЭД-1.1);

наносистемной техники при создании специальных приборов и устройств для систем безопасности (СЭД -1.2).

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРАКТИКИ

В соответствии с Требованиями к организации практики определяются ГОС ВПО.

Организация учебной и производственной практик на всех этапах направлена на обеспечение непрерывности и последовательности овладения студентами профессиональной деятельностью в соответствии с требованиями к уровню подготовки выпускника.

Для каждого практиканта выпускающие кафедры составляют ее программу.

В подразделениях вуза и сторонних организаий, где проводится практика, студентам выдаются индивидуальные задания и выделяются рабочие места для их выполнения. В период практики студенты подчиняются всем правилам внутреннего распорядка и техники безопасности, установленным в подразделении и на рабочих местах.

Руководство подразделений предоставляет студентам возможность ознакомиться с организацией работ в подразделениях и участвовать в их производственной деятельности, выполняя конкретные задания на рабочих местах.

Оформление студентов на практику производится предприятием либо с оплатой труда (при наличии рабочих мест), либо без оплаты. Не разрешается использовать студентов-практикантов в хозяйственных и других работах, не связанных с профессиональной деятельностью.

подготовки бакалавров, проводится по распределенной схеме в течение шестого семестра семестра в часы, свободные от учебных занятий, по согласованному с предприятием и вузом графику.

Ее продолжительность должна составлять 216 часов. Практика проводится, как правило, на кафедрах и в подразделениях вуза, а также в ведущих научноисследовательских и проектных организациях-партнерах по месту планируемого трудоустройства. Проведение практик в этих организациях ведется на основании договорных отношений.

Содержание практики определяется выпускающими кафедрами с учетом интересов и возможностей подразделений, в которых она проводится. Конкретное содержание производственной практики студента планируется руководством подразделения, в котором она выполняется, и отражается в индивидуальном задании на практику, выдаваемом студенту выпускающей кафедрой при направлении его на место прохождения практики. При выборе темы задания следует ориентировать студента на решение реальной задачи, связанной с определенным этапом проведения научного исследования, изготовления изделия или создания программного продукта.

В процессе практики студент принимает непосредственное участие в деятельности подразделения, выполняя техническую разработку по теме индивидуального задания.

Руководство и контроль прохождения практики осуществляются руководителем практики от выпускающей кафедры.

При прохождении практики в сторонней организации назначается руководитель практики от организации, который направляет деятельность студентов совместно с вузовским руководителем.

Непосредственное руководство работой студентов осуществляется руководителями на рабочих местах. С организациями, в которых проходят практику студенты, заключаются договоры на ее проведение.

Программа производственной практики В процессе практики студент должен организацию и управление деятельностью подразделения;

действующие стандарты, технические условия, положения и инструкции по эксплуатации оборудования, программам испытаний, оформлению технической документации;

базовые технологические процессы в производстве радиотехнической аппаратуры;

измерительных приборов, другого оборудования, имеющихся в подразделении;

жизнедеятельности;

ознакомиться с требованиями стандартов ЕСКД, ЕСТД, ЕСПД;

порядок пользования периодическими, реферативными и справочноинформационными изданиями и ресурсами по профилю специальности;

методики применения измерительной аппаратуры для контроля и изучения характеристик радиотехнических устройств и систем;

приемы и технику монтажа и настройки радиотехнических устройств.

руководством предприятия совместно с вузовским руководителем организуются экскурсии в подразделения, проводятся обзорные лекции и семинары по согласованной тематике.

В течение практики студент ведет дневник, куда заносит основные сведения по изученным вопросам.

АТТЕСТАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРАКТИКИ

Студент в период практики поддерживает постоянную связь с руководителем, а к концу практики составляет письменный отчет. В отчете должны быть представлены результаты выполнения индивидуального задания с описанием используемых технических решений и приведением полученных экспериментальных и расчетных данных. Отчет визируется руководством подразделения и вместе с отзывом руководителя от принимавшей студента организации представляется руководителю от выпускающей кафедры. Студент защищает отчет перед комиссией из преподавателей выпускающей кафедры. Комиссия учитывает оценку деятельности студента во время практики, данную руководителем от организации. Результат практики оценивается по четырехбалльной системе.

Для сдачи зачета студент должен представить следующие документы:

оформленное и подписанное задание на технологическую практику;

материалы, отражающие работу студента;

письменный отзыв руководителя практики по месту прохождения практики с подробной характеристикой всех сторон деятельности практиканта и оценкой практики в целом по четырехбалльной системе. Невыполнение программы практики считается академической задолженность, которая ликвидируется в течение следующего семестра.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Факультет _ Кафедра _

ЗАДАНИЕ

на практику Студенту Группа ф-та Направление _ _ _ Вид практики Срок практики _ Место практики Руководитель (научный руководитель) _ Руководитель от кафедры (научный руководитель специализации) _ _ _ 2. План практики Студент Руководитель _ «СОГЛАСОВАНО»

Руководитель от кафедры (научный руководитель специализации) Научный руководитель направления _ « « 200 _ г.

3. Отзыв о практике _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Руководитель _ «_ « 200 _ г.

4. Итоги аттестации Студент _ защитил отчет по практике с оценкой Члены комиссии _ _ « « _ 200 г.

Полное имя руководителя практики (Фамилия, Имя, Отчество):

Место работы руководителя практики с указанием организации, отдела, Занимаемая должность руководителя практики, ученая степень, ученое звание с указанием номеров дипломов и дат присвоения Телефоны руководителя:

Автор:

Рецензент д. ф.-м. н., проф.

Зав. кафедрой д. т. н., проф.

Декан факультета д. т. н., проф.

Программа согласована:

Председатель методической комиссии факультета к.т.н., доцент Руководитель методического отдела к.т.н., доцент

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

ПРИМЕРНАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ПРАКТИКИ

профиль «Нанотехнологии для систем безопасности»

профессионального образования и учебным планам, студенты, обучающиеся по программам подготовки бакалавров, проходят производственно-технологическую практику. Студенты бакалаврской подготовки сдают государственный экзамен и выполняют выпускную квалификационную работу, по результатам защиты которой им присваивается квалификация «Бакалавр техники и технологии»

производственная практики» является обязательным и представляет собой вид учебных занятий, непосредственно ориентированных на профессионально-практическую подготовку обучающихся.

Конкретные виды практик определяются ООП вуза. Цели и задачи, программы и формы отчетности определяются вузом по каждому виду практики.

Сроки проведения учебной практики определяются учебным планом подготовки бакалавра по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Нанотехнологии для систем безопасности» и устанавливаются в объеме 216 часов длительностью 4 недели в четвертом семестре Учебная практика ориентирована на реализацию профессиональной деятельности бакалавра по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Нанотехнологии для систем безопасности» включает в себя совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, направленной на создание, исследование, моделирование, проектирование, производство, эксплуатацию и обеспечение безопасности в области наноматериалов, приборов и устройств наноэлектроники и нанотехнологии и методов нанодиагностики Учебная практика может охватывать научно-исследовательскую и проектноконструкторскую деятельности профессиональной подготовки бакалавра.

Задачами учебной практики бакалавров по направлению подготовки «Нанотехнология»

с профилем подготовки «Нанотехнологии для систем безопасности» являются:

ознакомление с наноматериалами, компонентами наноэлектроники, микро- и наносистемной техники; процессами нанотехнологии и методами нанодиагностики;

физико-математическими и физико-химическими методами синтеза, диагностики и функционирования наноматериалов и нанокомпонентов; освоение аппаратных и программных средств получения и исследования наноматериалов и компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники; алгоритмов решения научноисследовательских задач, направленных на обеспечение безопасности в области нанотехнологии.

Разделом учебной практики бакалавра может являться и производственнотехнологическая работа обучающегося. В случае ее наличия при разработке программы научно-исследовательской работы высшее учебное заведение должно предоставить возможность обучающимся изучать специальную литературу и другую научнотехническую информацию, достижения отечественной и зарубежной науки и техники в соответствующей области знаний; участвовать в проведении научных исследований или выполнении технических разработок осуществлять сбор, обработку, анализ и систематизацию научно-технической информации по теме (заданию); принимать участие в стендовых и промышленных испытаниях опытных образцов (партий) проектируемых изделий; составлять отчеты (разделы отчета) по теме или ее разделу (этапу, заданию);

выступить с докладом на конференции и т. д.).

ЦЕЛИ и ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ПРАКТИКИ БАКАЛАВРОВ :

В области научно-исследовательская деятельности практика предполагает виды деятельности студента:

наноматериалов и компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники;

- описание проводимых исследований, анализ результатов, подготовка данных для составления обзоров, отчетов и научных публикаций;

- организация защиты объектов интеллектуальной собственности и результатов исследований и разработок как коммерческой тайны предприятия.

Проектно-конструкторская деятельность практика предполагает виды деятельности студента:

- сбор и анализ информационных исходных данных для проектирования;

- разработка проектно-конструкторской документации;

- контроль соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам;

- оценка экономической эффективности проектно-конструкторских решений, обеспечение необходимого уровня унификации и стандартизации изделий.

«Нанотехнология» с профилем подготовки «Нанотехнологии для систем безопасности» в соответствии с задачами профессиональной деятельности должен обладать следующими навыками в соответствии с профессиональными компетенциями профиля подготовки «Нанотехнологии для систем безопасности»:

Научно-исследовательская деятельность:

собирать, анализировать и систематизировать отечественную и зарубежную научно-техническую информацию по тематике исследования в области нанотехнологии (НИД-1);

собирать, анализировать и систематизировать отечественную и зарубежную научно-техническую информацию в области безопасности по направлению нанотехнологии (НИД-1.1);

выбирать и реализовывать на практике специальные методики исследования параметров и характеристик наноматериалов и компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники для применения в области безопасности (НИД-1.2);

применения в области систем безопасности (НИД-1.3) проводить физико-математическое и физико-химическое моделирование исследуемых процессов и объектов с использованием современных компьютерных технологий (НИД-2);

наноматериалов и компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники (НИД-3);

аргументировано выбирать и реализовывать на практике эффективную методику экспериментального исследования параметров и характеристик наноматериалов и компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники (НИД-4);

анализировать и систематизировать результаты исследований, обрабатывать и представлять материалы в виде научных отчетов, публикаций, презентаций (НИД-5).

Проектно-конструкторская деятельность:

владеть основными физико-математическими и физико-химическими моделями наноматериалов и нанокомпонентов, методами и средствами их компьютерного моделирования (ПКД-1);

владеет основными требованиями, предъявляемыми к наноматериалам и нанокомпонентам в области систем безопасности (ПКД-1.1);

готов рассчитывать и моделировать основные параметры наноструктурных материалов, изделий и устройств на их основе при их эксплуатации в экстремальных условиях (ПКД-1.2);

готов разрабатывать проектно-конструкторскую документацию в соответствии с требованиями стандартов в области систем безопасности (ПКД-1.3).

рассчитывать и моделировать основные параметры наноструктурных материалов, изделий и устройств на их основе, исходя из требуемых характеристик и условий эксплуатации (ПКД-2);

разрабатывать проектно-конструкторскую документацию в соответствии с требованиями стандартов, технических условий и других нормативных документов (ПКДОРГАНИЗАЦИЯ ПРАКТИКИ Требования к организации практики определяются ГОС ВПО. Организация учебной и производственной практик на всех этапах должна быть направлена на обеспечение непрерывности и последовательности овладения студентами профессиональной деятельностью в соответствии с требованиями к уровню подготовки выпускника.

Учебная практика может проводиться в структурных подразделениях высшего учебного заведения или на предприятиях, в учреждениях и организациях.

Производственная, в том числе преддипломная практики студентов проводятся, как правило, на предприятиях, в учреждениях и организациях.

Для руководства практикой студентов назначаются руководители практики от высшего учебного заведения и от предприятий (учреждений, организаций). В тех случаях, когда учебная практика является продолжением (частью) изучения дисциплин, она проводится преподавателями соответствующих кафедр. Перечень учебных практик, являющихся продолжением учебных дисциплин, определяется вузом. Учебная и производственная практика, предусмотренная государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования, осуществляется на основе договоров между высшими учебными заведениями и предприятиями, учреждениями и организациями, в соответствии с которыми указанные предприятия, учреждения и организации независимо от их организационно-правовых форм обязаны предоставлять места для прохождения практики студентов высших учебных заведений, имеющих государственную аккредитацию, и финансируется за счет средств соответствующего Руководители практики от высших учебных заведений: устанавливают связь с руководителями практики от организации и совместно с ними составляют рабочую программу проведения практики;разрабатывают тематику индивидуальных заданий;принимают участие в распределении студентов по рабочим местам или перемещения их по видам работ;несут ответственность совместно с руководителем практики от организации за соблюдение студентами правил техники безопасности;осуществляют контроль за соблюдением сроков практики и ее содержанием;оказывают методическую помощь студентам при выполнении ими индивидуальных заданий и сборе материалов к выпускной (квалификационной работе);оценивают результаты выполнения студентами программы практики.

При наличии вакантных должностей студенты могут зачисляться на них, если работа соответствует требованиям программы практики. Допускается проведение практики в составе специализированных сезонных или студенческих отрядов, и в порядке индивидуальной подготовки у специалистов или рабочих, имеющих соответствующую квалификацию. Администрация высшего учебного заведения своевременно распределяет студентов по местам практики и обеспечивает отъезжающих на практику студентов билетами на проезд и денежными средствами.

Студенты, заключившие договор с предприятиями, учреждениями и организациями на их трудоустройство, производственную и преддипломную практики, как правило, проходят в этих организациях.

Сроки проведения практики устанавливаются высшим учебным заведением с учетом теоретической подготовленности студентов, возможностей учебно-производственной базы высшего учебного заведения и организаций и в соответствии с учебным планом и годовым календарным учебным графиком. Учебная и производственная практики могут осуществляться как непрерывным циклом, так и путм чередования с теоретическими занятиями по дням (неделям) при условии обеспечения связи между теоретическим обучением и содержанием практики.

Студентам, имеющим стаж практической работы по профилю подготовки, по решению соответствующих кафедр на основе промежуточной аттестации может быть зачтена учебная и производственная (за исключением преддипломной) практики. На преддипломную практику они направляются в установленном порядке.

Продолжительность рабочего дня студентов при прохождении практики в организациях составляет для студентов в возрасте от 16 до 18 лет не более 36 часов в неделю (ст.92 ТК РФ), в возрасте от 18 лет и старше не более 40 часов в неделю (ст. ТК РФ). Для студентов в возрасте от 15 до 16 лет продолжительность рабочего дня при прохождении практики в организациях составляет не более 24 часов в неделю (ст. ТК РФ). С момента зачисления студентов в период практики в качестве практикантов на рабочие места на них распространяются правила охраны труда и правила внутреннего распорядка, действующие в организации.

Форма и вид отчетности (дневник, отчт и т.п.) студентов о прохождении практики определяются высшим учебным заведением.

АТТЕСТАЦИЯ УЧЕБНОЙ ПРАКТИКИ

Формы аттестации результатов практики устанавливается учебным планом вуза с учетом требований ГОС ВПО, проводится комиссией выпускающей кафедры на основании представленного студентом отчета в виде реферата Учебная практика аттестуется в виде зачет с оценкой, приравнивается к оценкам (зачетам) по теоретическому обучению и учитывается при подведении итогов общей успеваемости студентов.

Студенты, не выполнившие программы практик по уважительной причине, направляются на практику вторично, в свободное от учебы время. Студенты, не выполнившие программы практик без уважительной причины или получившие отрицательную оценку, могут быть отчислены из высшего учебного заведения как имеющие академическую задолженность в порядке, предусмотренном уставом вуза.

Для каждого практиканта выпускающие кафедры составляют прогрпмму практики.

В подразделениях вуза и сторонних организаиях, где проводится практика, студентам выдаются индивидуальные задания и выделяются рабочие места для их выполнения. В период практики студенты подчиняются всем правилам внутреннего распорядка и техники безопасности, установленным в подразделении и на рабочих местах.

Руководство подразделений предоставляет студентам возможность ознакомиться с организацией работ в подразделениях и участвовать в их производственной деятельности, выполняя конкретные задания на рабочих местах.

Оформление студентов на практику производится предприятием либо с оплатой труда (при наличии рабочих мест), либо без оплаты. Не разрешается использовать студентов-практикантов в хозяйственных и других работах, не связанных с профессиональной деятельностью.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Факультет _ Кафедра _

ЗАДАНИЕ

на практику Студенту Группа ф-та Направление _ _ _ Вид практики Срок практики _ Место практики Руководитель (научный руководитель) _ Руководитель от кафедры (научный руководитель специализации) _ _ _ 2. План практики Студент Руководитель _ «СОГЛАСОВАНО»

Руководитель от кафедры (научный руководитель специализации) Научный руководитель направления _ « « 200 _ г.

3. Отзыв о практике _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Руководитель _ «_ « 200 _ г.

4. Итоги аттестации Студент _ защитил отчет по практике с оценкой Члены комиссии _ _ « « _ 200 г.

Полное имя руководителя практики (Фамилия, Имя, Отчество):

Место работы руководителя практики с указанием организации, отдела, Занимаемая должность руководителя практики, ученая степень, ученое звание с указанием номеров дипломов и дат присвоения Телефоны руководителя:

КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по заполнению индивидуального плана практики студента Индивидуальный план заполняется научным руководителем (научным руководителем) студента и утверждается руководителем от кафедры (научным руководителем специализации и научным руководителем направления– для студентов бакалавриатуры). В плане должны быть отражены все виды деятельности студента в течение практики, указаны формы отчетности и итоги проделанной работы.

Для учебной практики в план включается все виды практической деятельности студента на конкретном рабочем месте, а также все виды теоретических и ознакомительных занятий (экскурсий) по изучению технологического процесса предприятия с указанием их объема.

Автор:

Рецензент д. ф.-м. н., проф.

Зав. кафедрой д. т. н., проф.

Декан факультета д. т. н., проф.

Программа согласована:

Председатель методической комиссии факультета к.т.н., доцент Руководитель методического отдела к.т.н., доцент

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

ПРИМЕРНАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

«КОНТРОЛЬ, ИСПЫТАНИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ

И ПРОЦЕССОВ НАНОТЕХНОЛОГИИ»

Для подготовки бакалавров по направлению – «Нанотехнология»

Профиль – «Нанотехнологии для систем безопасности»

АННОТАЦИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина направлена на изучение современных высоко локальных методов анализа состава, структуры и электрофизических параметров наносистем. Можно перечислить золи, гели, суспензии калойдных растворов, кластерные изолированные сверхрешетки и т.д. Методы анализа рассматриваемые в рамках данной дисциплины включают растровую электронную микроскопию, атомно-силовую микроскопию, метод Зонда Кельвина, туннельную микроскопию, эллипсометрию, ОЖЕ электронную спектроскопию, электронографию, инфракрасную фурье-спектроскопию, обратное рассеяние Резенфорда. Рассматриваемые методы анализа могут быть использованы, как для анализа традиционных планарных структур, так и для анализа нано аналитических систем, биочипов и биокластеров.

Цель дисциплины заключается в формировании вклада в следующие компетенции:

готов выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физикоматематический аппарат (ОНК-2);

способен осваивать работу на современном измерительном, диагностическом и технологическом оборудовании, используемом для решения различных научнотехнических, технологических и производственных задач в области нанотехнологии (ИКготов аргументировано выбирать и реализовывать на практике эффективную методику экспериментального исследования параметров и характеристик наноматериалов и компонентов наносистемной техники (НИД-4);

готов к использованию базового контрольно-измерительного оборудования для метрологического обеспечения исследований и промышленного производства наноматериалов, компонентов наноэлектроники и наносистемной техники (ПТД-2);

готов к организации контроля качества выпускаемой продукции, проведению сертификации изделий нанотехнологии; (ОУД-1);

владеет знаниями о действующих стандартах и технических условиях, положениях и инструкциях по эксплуатации исследовательского оборудования, программам испытаний, оформлению технической документации; (ОУД-2).

В результате изучения студент должен:

физические принципы основных экспериментальных высоколокальных методов исследования материалов и структур, используемых в физике и технологии нано- и микросистем, условия реализации и границы применения этих методов;

тенденции развития методов характеризации материалов и структур нано и микросистем.

выбирать оптимальные методы исследования и диагностики необходимых свойств нано- и микросистем.

навыками применения современных методов исследования структур, материалов и компонентов нано и микросистем, интерпретации экспериментальных данных.

Введение Тема 1. Предмет, основные понятия и задачи метрологии Определение. Основные понятия теории измерений. Актуальные проблемы современной метрологии. Физические величины. Количественное представление физических величин. Принципы измерений Фундаментальные ограничения на точность измерений. Ограничения со стороны используемого материла. Приборные, схемные и системные ограничения.

Предметом метрологии является комплекс вопросов, связанных с разработкой методологической и правовой сторон процедуры измерений физических величин исследуемых объектов и характеристик физических эффектов. В основу указанного комплекса закладывается принцип универсальности методов и средств, их независимости от области и объектов исследований.

Классификация измерений. Типы измерения:

номинальное (качественное) - в рамках его проводится классификация параметров, объектов; результат номинальных измерений название, символ (одинаковым называются системами обнаружения (есть-нет); порядковое - равно, больше, меньше (сравнительные - качественные измерения);

интервальные измерения - помимо описания в терминах больше, меньше или равно, но, определяют интервалы, в которых находятся измеряемые величины; при этом, точка отсчета - "плавающая";

пропорциональные измерения - то же что и интервальные, однако, начало отсчета и шкала измерений фиксированы (т.е. можно определять отношение двух величин);

кардинальные измерения - измерения, в процессе которых осуществляется сравнение измеряемой величины с эталонной (наивысший уровень измерений); при этом, существуют эталонные единицы почти всех физических величин (т.е. для таких измерений допустимы только тождественные преобразования) и они являются универсальными.

Тема 2. Механизмы и физические эффекты, ограничивающие точность измерений Фундаментальные ограничения на точность измерений. Термодинамические ограничения на точность измерения. Квантовомеханические ограничения.

Электромагнитные ограничения.. Ограничения, связанные со статистикой ФермиДирака и флуктуационной теорией. Ограничения со стороны используемого материала.

Ограничения на минимум мощности (энергии) переключения. Ограничения на время переноса (переключения) информации на единицу напряжения.Ограничения на время переключения единичной мощности (время переноса информации на единицу рассеиваемого тепла). Приборные, схемные и системные ограничения. Приборные ограничения (транзистор-прибор Ограничения со стороны межсоединений Схемные ограничения. Системные ограничения Средняя длина межсоединений Тема 3. Взаимодействие электронов с твердым телом.

Взаимодействие электронов с веществом. Корпускулярно-волновой дуализм.

Эксперименты Дэвиссона и Джермера Основы квантовой теории рассеяния. Поперечное сечение Упругое рассеяние. Потенциал взаимодействия. Формула Резерфорда. Метод Монте-Карло (основные положения). Неупругое рассеяние электронов (импульсное приближение). Сечение ионизации. Плазмоны. Средняя длина свободного пробега электронов. Потери энергии. Формула Бете. Пробеги электронов в твердых телах.

Тема 4. Взаимодействие рентгеновского излучения с твердым телом.

Тормозное излучение. Формула Крамерса. Характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли. Строение атома. Квантовые числа, электронные конфигурации и обозначения. Принцип Паули. Правило Хунда. Спектроскопические обозначения. LSсвязь, jj-связь. Излучательные переходы, правила отбора в. дипольном приближении.

Обозначения и интенсивность рентгеновских линий. Поглощение рентгеновского излучения. Фотоэффект, вероятность фотоэлектронных переходов, сечение фотоионизации. Массовый и линейный коэффициент поглощения. Растянутая тонкая структура рентгеновского поглощения (EXAFS).

Тема 5.Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела.

Параметры ионных пучков. Атомная масса, заряд ядра, изотопное соотношение.

Упругое рассеяние ионов, кинематика рассеяния, рассеяние в центральном поле, сечение и параметр удара. Рассеяние быстрых и медленных ионов. Электронные потери энергии.

Ионно-электронная эмиссия (потенциальная и кинетическая). Квазимолекулярный механизм ионизации, диаграммы Фано-Лихтена. Ионное распыление (основные закономерности). Теория Зигмунда (основные понятия). Ядерные потери энергии (импульсное приближение). Потенциалы взаимодействия. Теория ЛШШ (основные понятия). Ионно-ионная эмиссия (основные закономерности, механизм явления).

Тема 6. Методы электронно-зондовой диагностики.

6.1 Вторичная электронная эмиссия. Основные закономерности и механизмы.

Коэффициент вторичной электронной эмиссии, зависимость от энергии, угла падения, материала мишени, состояния поверхности. Вторичные электронные умножители, микроканальные пластины. Распределение вторичных электронов по энергиям. Истинно вторичные, неупругоотраженные и упругоотраженные электроны. Ионизационные и плазмонные потери энергии. Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов.

6.2. Растровая электронная микроскопия (основные принципы и аналитические возможности). Механизмы формирования контраста (топологический, химический-от атомного номера Z, в поглощенных электронах, потенциальный, кристаллографический, магнитный, катодолюминисценция). Основные узлы растрового электронного микроскопа. Термоэлектронная эмиссия, уравнение Ричардсона-Дэшмана. Электронная пушка (термоэмиссионный W-катод, LaB6-катод, автоэмиссионный (полевой) катод).

Система формирования зонда, развертка в растр. Детектор вторичных электронов Эверхарда-Торнли. Алгоритмы управления прибором сбора и обработка информации.

Особенности анализа непроводящих образцов. Низковакуумный режим. Применение РЭМ для анализа наноструктурированных объектов. Просвечивающая электронная микроскопия (основные принципы и аналитические возможности). Методы подготовки образцов для ПЭМ. Микродифракция.

6.3. Основы рентгеноспектрального микроанализа (основные принципы и аналитические возможности). Анализаторы с дисперсией по длине волны (принцип работы, основные параметры). Кристалл-анализатор, газовые пропорциональные счетчики. Анализаторы с дисперсией по энергии (полупроводниковый детектор, многоканальный анализатор). Принципы количественного анализа (ZAF-коррекция).

аналитические возможности). Физические основы ЭОС. Безизлучательные переходы, Оже-процесс. Обозначение, энергия, вероятность Оже-переходов. Глубина выхода Ожеэлектронов. Химические сдвиги (возможности фазового анализа). Выход Оже-электронов и флюоресценция. Приборная реализация метода ЭОС. Требование к вакуумным условиям, средства откачки и измерения. Энергоанализаторы (с тормозящим полем, цилиндрическое зеркало, полусферический дефлектор). Принципы электрического дифференцирования. Количественный анализ (фактор обратного рассеяния, матричный фактор). Послойный анализ. Применение ЭОС в исследованиях интерфейсных границ раздела многослойных тонкопленочных структур.

6.5 Волновые свойства электронов. Кристаллография поверхности. Обратная решетка, сфера Эвальда. Теплоые колебания, фактор Дебая-Валлера. Дифракция быстрых и медленных электронов. Приборная реализация, аналитические возможности методов.

Тема 7. Рентгеновские методы анализа.

7.1 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (основные принципы и аналитические возможности). Фотоэффект. Соотношение Коопмана. Рентгеновские фотоэлектронные спектры (остовные и валентные уровни, ширина линий, Оже-серии).

Химические сдвиги остовных уровней. Вторичная структура спектров(рентгеновские сателлиты, мультиплетное расщепление, сателлиты «встряски» и «стряхивания», дифракция фотоэлектронов). Особенности аппаратной реализации метода РФЭС (источники рентгеновского излучения, особенности энергоанализа фотоэлектронов).

флуоресцентный анализ (основные принципы и аналитические возможности). Тормозное излучение, источники рентгеновского излучения для РСФА. Принципы качественного и количественного анализа. Приборная реализация метода РСФА (вакуумный и атмосферный вариант прибора – достоинства и недостатки).

Тема 8. Методы ионной спектроскопии.

8.1 Рассеяние быстрых ионов (РБИ). Основные принципы метода. Потери энергии в химических соединениях, правило Брегга. Ширина спектра энергии в обратном рассеянии.

Форма спектра обратного рассеяния. Принципы послойного анализа. Разрешение по глубине, страгглинг. Ионное распыление и предел чувствительности. Приборная реализация метода РБИ. Полупроводниковый (кремниевый поверхностно-барьерный) детектор ядерных частиц. Применение метода РБИ для исследования многослойных структур субмикронного диапазона. Методы, основанные на эффекте каналирования ионов. Методы и возможности структурных исследований при использовании эффекта каналирования быстрых ионов. Использование эффекта каналирования для исследования тонких наноструктурированных пленок на монокристаллической подложке.

8.2 Рассеяние медленных ионов (РМИ) Кинематика рассеяния медленных ионов.

Факторы, определяющие поперечную локальность метода. Проблемы количественного анализа в методе РМИ. Особенности приборной реализации метода. Факторы, определяющие разрешение по энергии (массе) рассеянных ионов.

8.3 Масс-спектрометрия вторичных ионов (ВИМС). Физические основы метода.

Коэффициент ионно-ионной эмиссии (положительные и отрицательные вторичные ионы).

Качественный анализ масс-спектров (виды вторичных ионов). Влияние сорта первичных ионов и матричные эффекты. Состояние поверхности и ее влияние на выход вторичных ионов. Приборная реализация метода ВИМС (метод прямого изображения, сканирующий ионный зонд). Масс-спектрометрические системы (времяпролетные, магнитные, квадрупольные анализаторы). Источники первичных ионов (дуаплазматрон, жидкометаллические источники). Детекторы вторичных ионов. Послойный анализ методом ВИМС. Факторы, определяющие разрешение по глубине. Чувствительность метода ВИМС (факторы, определяющие порог чувствительности) Возможности количественного анализа. Масс-спектрометрия нейтральных атомов.

Тема 9. Полевые методы исследования.

9.1 Автоэлектронная (полевая) эмиссия. Теория Фаулера-Нордгейма.

Полевой электронный микроскоп Мюллера, физические принципы, устройство, применение. Ионизация атомов в сильных электрических полях (Оппенгеймер, Гомер).

Испарение и десорбция полем (механизм явления). Полевой ионный микроскоп с атомным зондом (атомное разрешение) 8.2 Сканирующая туннельная микроскопия. Атомно-силовая микроскопия. Теория, аппаратная реализация, возможности применения.

Перспективы развития научного приборостроения (физические принципы, технологические и конструкторские разработки, программные средства). Обзор мирового рынка аналитических приборов. (сравнительные характеристики).

Вольт-фарадный метод измерения концентрации и концентрационных профилей легирующей примеси в полупроводниковых структурах.

Исследование оптических свойств полупроводниковых и диэлектрических материалов методом ИК- Фурье -спектроскопии Исследование поверхностей и тонкослойных покрытой методом отражательной эллипсометрии Растровая электронная микроскопия наноструктурированных объектов.

Электронография как метод анализа структуры и фазового состава.

Рентгеноспектральный микроанализ субмикронных гетерофазных структур (возможности качественного и количественного анализа) Электронная Оже- спектроскопия - метод анализа поверхности твердых тел Атомно-силовая микроскопия наноструктурированных пленок активных диэлектриков в электростатическом режиме.

Учебно-методическое обеспечение дисциплины Основная литература № Название, библиографическое описание Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок. – М.: Мир, 1989 г.

Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. - М.: Мир, 1989 г.

Методы анализа поверхности. Под ред. А. Зандерны. – М, Мир,1989 г.

В. Миронов. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М. Техносфера. 2004.

Микроанализ и растровая электронная микроскопия под ред. Ф.Морис, Л. Мени, Р.

Тиксье. – М. Металлургия, Д. Брандон, У. Каплан Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля.

М. Техносфера, 2004.

Э.А. Ильичев Метрология в экспериментальной физики. Учебное пособие. Москва 2007.

№ Название, библиографическое описание Д1 М. Праттон Введение в физику поверхности Ижевск, УГУ, 2000 г.

Д2 Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2005г.

Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гришунин В.А. Основы наноэлектроники.

Новосибирск : НТГУ, 2004г.

Анализ поверхности методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Под ред. Д. Бриггса и М.П. Сиха. – М. Мир, 1987 г.

Д5 Черепин В. Т. Ионный зонд. Киев, Наукова думка,1981 Г Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гришунин В.А. Основы наноэлектроники.

Новосибирск : НТГУ, 2004г.

Д7 В. Г. Левич Курс теоретической физики. Том 2. М. Наука, 1969 г.

Д8 Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направлений исследований / Под ред. М.К.Роко, Р.С.Уильямса, П.Аливисатоса. Пер. с англ. М.: Мир, 2002г.

№ Название (адрес в Интернет) Сайты ведущих производителей аналитического оборудования Перcт - Перспективные технологии. (http://perst.isssph.kiae.ru/) Э3 Materials Today. (http://www.materialstoday.com/home.htm) Компьютерная программа моделирования картин дифракции быстрых электронов в твердых телах.

Компьютерная программа моделирования рентгеновских дифрактограмм материалов и структур электроники.

Компьютерная программа анализа и обработки спектральной информации (Ожеэлектронная спектроскопия, рентгено-спектральный микроанализ, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия).

Компьютерная программа ZAF- коррекции для количественного рентгеноспектрального микроанализа.

Компьютерная программа для формирования и обработки изображений в различных режимах растровой электронной микроскопии.

Материально-техническое обеспечение дисциплины.

Лаборатория электронно-зондовой диагностики и электронной спектроскопии материалов и структур электроники:

автоматизированный растровый электронный микроскоп;

автоматизированный дифрактометр быстрых электронов;

просвечивающий электронный микроскоп;

электронный Оже-спектрометр;

ЭСХА-спектрометр;

рентгеноспектральный микроанализатор.

Лаборатория ионной диагностики:

вторичный ионный масс-спектрометр;

Лаборатория измерения морфологии поверхности и геометрических размеров структур:

растровый электронный микроскоп;

сканирующий туннельный микроскоп – профилометр;

интерферометр Линника;

эллипсометр.

Лаборатория методов рентгеновской диагностики материалов и структур микроэлектроники:

рентгеновский дифрактометр;

рентгено-флюоресцентный спектрометр.

Лаборатория методов испытаний по стойкости к внешним факторам:

камера тепла и холода;

камера влажности;

вибростенд;

испытательный стенд на устойчивость к механическим ударам;

испытательный стенд на воздействие линейного ускорения.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

ПРИМЕРНАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

«МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ»

Для подготовки бакалавров по направлению– «Нанотехнология»

Профиль – «Нанотехнологии для систем безопасности»

Аннотация дисциплины Рассматриваются фундаментальные и прикладные вопросы материаловедения микро- и наносистем, связанные с размерными эффектами индивидуальных наночастиц и возникновении кооперативных явлений в наносистемах.

Излагаются базовые теоретические представления, описывающие вопросы кластерообразования, самосборки и самоорганизации. Для описания строения электронной структуры неупорядоченных микро- и наносистем используются современные физические модели с положительной и отрицательной корреляционной энергией, а также модели переменной валентности, являющиеся концептуальной основой модификации свойств микро- и наносистем. Значительное внимание уделяется рассмотрению элементов теории фракталов и теории перколяции, обеспечивающих решение материаловедческих задач при разработке нанокомпозитов с аномальными свойствами.

В содержании дисциплины включены специальные разделы, посвященные свойствам наночастиц, нанокристаллических материалов и структур аморфных микро- и наносистем, пористых материалов, сведения фуллеренах, нанотрубках, дендримерах и микро- и наносистемах на их основе. Поскольку в материаловедении наносистем наблюдается возрастающая роль полимерных материалов, в учебную программу включены свойства полимеров и гибридных органо-неорганических нанокомпозитов.

Все разделы дисциплин заканчиваются рассмотрением примеров применения микрои наносистем в современных бурно развивающихся направлениях наноэлектроники, фотоники, микро- и наносистемной техники, наносенсорики, наноразмерном катализе.

Цель дисциплины заключается в формировании вклада в следующие компетенции:

готов проводить экспериментальные исследования по синтезу и анализу наноматериалов и компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники (НИД-3);

готов аргументировано выбирать и реализовывать на практике эффективную методику экспериментального исследования параметров и характеристик наноматериалов и компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники (НИД-4);

владеет знаниями о фундаментальных основах технологических процессов получения наноматериалов, компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники (ПТД-3);

готов применять наноматериалы, компоненты наноэлектроники, микро- и наносистемной техники при создании технических систем различного функционального назначения (СЭД -4).

владеет основными требованиями, предъявляемыми к наноматериалам и нанокомпонентам в области систем безопасности (ПКД-1.1);

готов рассчитывать и моделировать основные параметры наноструктурных материалов, изделий и устройств на их основе при их эксплуатации в экстремальных условиях (ПКД-1.2);

Требования к результатам освоения дисциплины В результате освоения дисциплины студенты должны:

1. Знать и понимать:

1.1. Основные размерные эффекты, возникающие в наночастицах, и кооперативные явления в системах на их основе 1.2. Физическую и химическую сущность процессов и явлений, протекающих в микрои наносистемах.

1.3. Основные методы формирования наносистем из индивидуальных наночастиц с учетом областей их применения.

2. Уметь:

2.1. Правильно использовать материаловедческие закономерности для реализации потенциальных возможностей материалов при проектировании и создании микрои наносистем для наноэлектроники, фотоники, микро- и наносистемной техники, наносенсорики.

2.2. Использовать математический аппарат теории перколяции и физики фракталов при разработке микро- и наносистем.

2.3. Экспериментально оценивать физические свойства нано- и микросистем на различных уровнях масштабирования.

3. Владеть \ Иметь представление:

3.1. О современных тенденциях развития материаловедения микро- и наносистем для создания структур и устройств с улучшенными физико-техническими и химикотехническими характеристиками.

Предмет и содержание дисциплины «Наноматериалы». Основные определения и термины. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды. Аэрозоли, порошки, пыль, аэрогели твердых веществ, пены, газовые эмульсии, эмульсии, суспензии, коллоидные системы, твердые пены, капиллярные системы, сплавы, композиты. Классификация дисперсной фазы наноматериалов по размеру (атомизированный пар, молекулы, ассоциаты, кластеры, агрегаты, наночастицы, клатраты, супрамолекулярные соединения, нанокомпозиты, дефекты в твердом теле).

Наноматериалы в наноэлектронике, фотонике, сенсорике, микро- и наносистемной технике Тема 1. Физические и химические методы получения наноразмерных частиц Получение наночастиц из пересыщенных паров металлов. Метод «молекулярных пучков». Получение наночастиц распылением металла. Осаждение на подложку наночастиц из атомного пучка. Механохимическое диспергирование. Электроэрозия.

Электрохимическое генерирование. Получение наночастиц из химических соединений.

Термолиз металлсодержащих соединений (МСС). Разложение МСС под действием ультразвука. Радиационно-химическое восстановление ионов металлов в водных растворах как метод синтеза наночастиц. Нанореакторы. Синтез в обратных мицеллах.

Золь-гель технология. Синтез наночастиц на границе раздела фаз вода-воздух (ЛенгмюрБлоджетт технология). Специальные методы синтеза гетерометаллических наночастиц.

Тема 2. Металлические кластеры и кластерные соединения Шкала размеров. Моноядерные соединения металлов. Биядерные соединения со связями металл-металл. Кластерные соединения металлов (малые, средние, большие, гигантские). Меры против агрегации. Роль лигандов. Дентатность. Хелатный эффект.

Принцип изолобальной аналогии. Макроциклические лиганды. Связь между числом кластерных валентных электронов (КВЭ) и строением остова. Безлигандные металлические кластеры. Металлсодержащие наноразмерные частицы. Отличие структуры кластерных частиц от структуры массивного образца. Кластерные материалы.

Однофазные металлополимеры. Гетерогенные кластерные катализаторы. Принципы геометрической организации, формообразования и электронной структуры кластеров.

Классификация углеродных материалов по признакам: тип гибридизации химических связей, ближний порядок и средний порядок, дальний порядок и степень материалы на основе алмаза, ультрадисперсный алмаз, алмазоиды). Семейство углеродных материалов с упорядоченным распределением sp2- и sp1-гибридизированных химических связей (графит, пирографит, графен). Семейство аморфных углеродных наноструктурированных материалов. Фуллерены. Фуллерит. Экзо и эндопроизводные фуллерена. Интеркалированные соединения. Эндоэдральные материалы. Полимерные фазы на основе фуллеренов.

Углеродные нанотрубки (УНТ). Хиральность углеродных нанотрубок.

Одностенные и многостенные УНТ. Нановолокна и другие углеродные наноматериалы.

Электронная структура, энергетический спектр и проводимость нанотрубок. Методы получения и разделения нанотрубок. Сверхупругие свойства однослойных УНТ.

Применение в конструкционных композитных наносистемах и сканирующей зондовой микроскопии. Эмиссионные приборы на основе УНТ. Углеродная наноэлектроника.

Диоды Шоттки, одноэлектронные транзисторы, логические схемы на основе ветвящихся УНТ. Гибридные и эндоэдральные наносистемы на основе УНТ. Легированные УНТ.

Применение углеродных наноструктур в молекулярной электронике :перспективы и проблемы.

Тема 5. Наноструктурированные поверхности и пленки Получение моно-и полимолекулярных слов методом Ленгмюра-Блоджетт.

Наноструктурированные поверхности. Магические кластеры и другие атомные конструкции. Атомная сборка и самоорганизация упорядоченных наноструктур на поверхности кремния. Эффект стабилизации эндоэдральных кремниевых нанотрубок.

Клатраты. Рештчатые и молекулярные клатраты. Клатратные кристаллы Каталитические наночастицы для газочувствительных сенсоров спилловер эффект химические размерные эффекты. селективность и каталитическую активность наночастицы механизм получил название ПЖК – "Пар–Жидкость–Кристалл" искусственных кластеров Понятие гетерогенного катализа. Размерные эффекты в катализе. Модель оборванных связей. Современный синтез каталитических активных наночастиц и каталитически активных подложек (из полимерных наноматериалов, высокопористых структур, биоматериалов и других). Ансамбли каталитических наночастиц, кооперативные явления. Влияние подложки на каталитические свойства. Фотокатализ.

Особенности каталитической активности наночастиц Тема 7. Фрактальные модели и элементы теории перколяции в материаловедении Природа образования и свойства фрактальных кластеров и перколяционных нанокомпозиционных кластеров.

алгебраические и стохастические фракталы. Фрактальная размерность. Анализ свойств математических фракталов на примерах кривых Кох, множества Кантора, фигур Серпинского. Физические фракталы. Природа и физико-химические особенности образования фрактальных кластеров.

Фрактальные нанообъекты, получаемые в различных нанотехнологических процессах. Компьютерное моделирование процессов образования фрактальных агрегатов.

Модели диффузионно-ограниченной агрегации. Модели кластерно-кластерной агрегации.

Особенности фрактальных нанообъектов, получаемых в золь-гель технологиях, в плазмохимических, реактивно ионно-плазменных и других процессах. Образование перколяционных фрактальных кластеров в нанокомпозитах.

Основные элементы теории перколяции. Понятие о пороге протекания и бесконечном связывающем кластере. Решеточные и континуальные задачи. Задача узлов.

Задача связей. Вспомогательные геометрии. Покрывающие, включающие и дуальные решетки. Ориентированное протекание. Зависимости порога протекания задачи связей и задачи узлов от симметрии решетки и размерности пространства. Инварианты теории перколяции. Уровень протекания. Универсальные критические индексы. Фрактальная размерность перколяционного кластера вблизи порога протекания. Перколяционные сети и эволюция фрактальных кластеров.

Образование перколяционного кластера как геометрический фазовый переход.

Возникновение аномальных свойств нанокомпозитов в области порога протекания.

Моделирование перколяционных наносистем методом Монте-Карло. Метод обратных функций. Алгоритм Хушена - Копельмана – Кертежа для идентификации кластеров в заданной перколяционной конфигурации. Экспериментальные результаты по анализу свойств в наносистемах из наночастиц различного типа «металл-диэлектрик», «магнит – немагнит», «проводник - сверхпроводник».

Тема 8. Нанодисперсии. Золь-гель процессы получения наноматериалов Коллоидные и полимерные золи. Гели. Золь-гель процессы. Особенности получения фрактальных агрегатов, наночастиц, порошков, наноструктурированных пленок и нанокерамики. Мицеллярная теория золь-гель-процесса. Критическая концентрация мицеллообразования. Образование микроэмульсий. Нанореакторы.

Получение монодисперсных наночастиц в обратной мицеллярной системе. Факторы стабилизации. Строение и форма ультрадисперсных частиц. Самоорганизованные коллоидные структуры.

Реальные нанокомпозиты с фрактальной и перколяционной структурами.

Гранулированные нанокомпозиты. Перколяционные системы «магнит - немагнит», «проводник - диэлектрик», «проводник - сверхпроводник» и др. Метод эффективной среды. Молекулярная инженерия. Темплатный синтез. Протонпроводящие мембраны для водородной энергетики. Состояние золь-гель-технологии нанокомпозитов и перспективы ее развития.

Органо-неорганические гибриды – новый класс материалов. Структурные особенности на разных масштабных уровнях.

Пористый анодный оксид алюминия: основные свойства и характеристики.

Методы получения por- Al2O3. Модельные представления об образовании и росте пор.

Эффект самоорганизации пористых микро- и наносистем в оксиде алюминия при электрохимическом травлении алюминия. Получение высокоупорядоченных слоев porAl2O3. Темплатный синтез на основе por-Al2O3. Применение por-Al2O3 в микро- и оптоэлектронике.

Пористый кремний, особенности свойств, классификация, основные параметры.

Природа фотолюминесценции в пористом кремнии. Технология получения пористого кремния. Модели порообразования в кремнии. Коалесценция пор. Фрактальные модели образования пор. Наносистемы с гигантским комбинационным рассеянием.

Полимеры. Полимерные цепи. Разветвленные полимеры. Блоксополимеры.

Дендроны и дендримеры. Частично кристаллическое, стеклообразное, высокоэластичное и вязкотекучее состояние полимеров. Изменения структуры растворов амфифильных молекул при увеличении их концентрации. Мицеллы. Липосомы.

Перколяционная модель строения полимера. Персистентная длина. Переход клубок – глобула. Теория рептаций.

Полимеры для функционализации поверхностей. Примеры сборки наночастиц в организованные слои на функционализированных поверхностях. Циклы «адсорбция – нейтрализация» для формирования высокоорганизованных (упорядоченных) монослоев.

Понятие архитектуры наносистемы. Полимерно-связанные, поверхностносвязанные, электростатически связанные архитектуры. Самоорганизация под действием ван-дер-ваальсовых сил.

Материаловедческие особенности применения полимерных материалов для формирования микро- и наносистем методами наноимпринтинга. Методы наноштампа, штампа с выдавленным рельефом, нанопечати с рельефной кромкой.

наномодификации полимеров.

оптоэлектроники и фотоники.

Гибридные органо-неорганические нанокомпозиты. Конструкционные и сенсорные устройства на основе органо-неорганических нанокомпозитов. Мембраны.

Суперконденсаторы. Перспективы использования в микро- и наноустройствах водородной энергетики. Биоматериалы.

Перспективы развития материаловедения микро- и наносистем. Материаловедение интерфейсов макро-, мезо- и наносистем. Гибридные наносистемы органических, неорганических и биоматериалов. Использование в построении наносистем биологических архитектур. Развитие неорганических наносистем с использованием приемов ДНК-синтеза. Возникновение класса биомиметических материалов. Переход к субнаносистемам. Молекулярная электроника. Разработка материаловедческих основ молекулярного квантового компьютера.

Перечень лабораторных работ 1. Анализ топологии микро- и наносистем методом АСМ 1, 3, 7, 9, Сканирующая емкостная микроскопия полупроводниковых микро- и наносистем Моделирование образования фрактальных кластеров в наносистемах при диффузионно-лимитирующей агрегации Моделирование образования наносистем в процессе кластеркластерной агрегации Анализ перколяционных свойств нанокомпозитных систем вблизи порога протекания Учебно-методическое обеспечение дисциплины Основная литература Максимов А.И., Мошников В.А., Таиров Ю.М., Шилова О.А. Основы золь-гель технологии нанокомпозитов. СПб: ООО"Техномедиа" / Изд-во "Элмор", Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков.

М.:МИСИС, 2003г Л3 Фистуль В.И. Физика и химия твердого тела.т.1, 2. М.: Металлургия, 1995г.

Золотухин И.В., Калинин Ю.Е., Стогней О.В. Новые направления физического материаловедения / Уч.пособ., Воронеж, ВГУ, 2000г.

Жабрев В.А., Мошников В.А., Таиров Ю.М., Федотов А.А., Шилова О.А. Золь-гель технология/ Уч.пособ. Спб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2004г.

Александрова О.А., Мошников В.А. Физика и химия материалов оптолектроники и наноэлектроники. Практикум. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2007.

№ Название, библиографическое описание Иванова В.С., Баланкин А.С., Бунин И.Ж, Оксогоев А.А. Синергетика и фракталы в материаловедении. М.: Наука, 1994г.

Д2 Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Физматлит, 2005г.

Шкловский Б.И., Эфрос А.Л. Электронные свойства легированных полупроводников. М.: Наука, 1974г.

Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах.. в 2-х т.М.: Мир, 1982г.

Забродский А.Г., Немов С.А., Равич Ю.И. Электронные свойства неупорядоченных Д5 систем / Серия учебных пособий «Новые разделы физики полупроводников». Спб.:

Наука, 2000г.

Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гришунин В.А. Основы наноэлектроники.

Новосибирск : НТГУ, 2004г.

Д7 Мандельбрит Б. Фрактальная геометрия природы. М.: ИКИ, 2002г.

Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах.

М.:Химия, 2000г.

Химия твердого тела. Химические проблемы создания новых материалов / Под ред.

И.В.Мурина. Спб.: СПбГУ, 2003г.

Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направлений исследований / Д Под ред. М.К.Роко, Р.С.Уильямса, П.Аливисатоса. Пер. с англ. М.: Мир, 2002г.

Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Статистическая физика макромолекул. М.: Наука, Д Остроушко А.А., Могильников Ю.В. Физико-химические основы получения твердофазных материалов электронной техники. Курс лекций. Екатеринбург, 1998г.

(http:/virlib.eunnet.net/win/metod_materials/win7) Перcт - Перспективные технологии. (http://perst.isssph.kiae.ru/) Э3 Materials Today. (http://www.materialstoday.com/home.htm) Третьяков Ю.Д., Казин П.Е., Гудимец Е.А., Шевельков А.Д. Перспективные неорганические материалы со специальными функциями /Лекции/М.: МГУ, 2002г.

(http://www.chem.msu.su/rus/teaching/materials)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

ПРИМЕРНАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

«ПРОЦЕССЫ МИКРО- И НАНОТЕХНОЛОГИИ»

Для подготовки бакалавров по направлению– «Нанотехнология»

Профиль – «Нанотехнологии для систем безопасности»

АННОТАЦИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Рассматриваются методы нанослоевого синтеза: атомно-молекулярная эпитаксия, молекулярная и химическая сборка, молекулярное наслаивание методом ЛенгмюраБлоджетт. Методы синтеза наноструктурированных материалов: вакуумно-плазменный синтез и химический синтез фуллереноподобных материалов, углеродных нанотрубок, многослойных нанокомпозитов. Золь-гель технологии. Методы сверхлокального нанесения, удаления и модифицирования вещества: корпускулярно-фотонные и электрохимические нанотехнологии, нанозондовый локальный синтез и удаления вещества, модифицирование поверхности. Самоорганизующиеся процессы и среды.

Синтез полимеров и биополимерных композиций. Полианионная сборка, матричный синтез биоорганических веществ.

Цель дисциплины заключается в формировании вклада в следующие компетенции:

готов использовать базовые технологические процессы и оборудование, применяемые в производстве наноматериалов, компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники (ПТД-1);

владеет знаниями о фундаментальных основах технологических процессов получения наноматериалов, компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники (ПТД-3);

готов работать на современном технологическом оборудовании, используемом в производстве наноматериалов, компонентов наноэлектроники, микро- и наносистемной техники (ПТД-4);

готов к эксплуатации и техническому обслуживанию технологического и контрольно-диагностического оборудования в области нанотехнологии (СЭД -3);

владеет знаниями об основах специальных технологических процессах, применяемых для получения наноматериалов и нанокомпонентов для систем безопасности (ПТД-1.1);

В результате изучения дисциплины студенты должны:

Знать и понимать:

физическую основу процессов, протекающих при реализации нанотехнологий, возможности и характеристики материалов, используемых в нанотехнологиях;

физико-химические основы процессов, протекающих на границах раздела фаз в различных наносистемах.

анализировать свойства наночастиц и наноматериалов, возможные способы их получения.

Владеть:

навыками работы в области туннельной и атомно-силовой микроскопии, проведении операций зондовых нанотехнологий.

Содержание рабочей программы Введение.

Возникновение и развитие микро- и нанотехнологии. История появления материаловедческо-технологического базиса и основных организационных принципов.

Тема 1. Системный подход к процессам микро- и нанотехнологии.

Системная модель технологического процесса: объект, воздействие, процесс.

Классификация процессов микро- и нанотехнологии по физико-химической сущности:

механический, термический, химический, корпускулярно-полевой; виду процесса:

нанесение, удаление, модифицирование; характеру протекания процессов: тотальный, локальный, селективный, избирательный, анизотропный; способу активации: тепло, излучение, поле. Виды термического и корпускулярно-лучевого воздействий:

резистивный, лучистый и индукционный нагрев, электронные и лазерные пучки, плазма и ионные пучки. Каталитические свойства поверхности и атомно-силовое воздействие.

Тема 2. Производственная чистота и гигиена в процессах микро- и нанотехнологии.

Чистые помещения: классификация производственных помещений по чистоте воздушной среды и микроклимату, источники загрязнений, способы обеспечения и поддержания чистоты. Вакуум: глубина вакуума,. средства откачки и методы контроля.

Технологические среды: чистота материалов, воды, газовых сред и жидкостей.

Аппаратура и элементы газовых и жидкостных систем. Базовые операции очистки жидких и газообразных сред. Очистка поверхности пластин. Безопасность работы в чистых помещениях: токсичные, взрывоопасные и пожароопасные среды. Утилизация отходов.

Тема 3. Методы неравновесного синтеза наночастиц и нанокомпозитов.

Формирование наночастиц в плазме: вакуумно-дуговое распыление, высокотемпературная плазма с СВЧ стимуляцией. Лазерные импульсные методы синтеза наночастиц: испарение с принудительным охлаждением, фотодиссоциация. Химический синтез наночастиц и наноматериалов: термолиз в газовой фазе при высоких температурах, осаждение на холодную подложку с катализаторами, горячее прессование при высоких давлениях. Кластеризация и атомизация: сверхзвуковое расширение газовой струи, охлаждение расплава высокоскоростным потоком газа, воздействие ударной волны.

Тема 4. Квазиравновесные методы формирования нанослоевых и наноструктурированных композиций.

Молекулярно-лучевая эпитаксия. Лазерная абляция. Газофазная эпитаксия.

Молекулярная химическая сборка из газовой фазы. Молекулярное наслаивание из жидкой фазы. Метод Ленгмюра-Блоджетт. Золь-гель технологии.

Тема 5. Методы наноразмерной обработки и наномодификации материалов.

Избирательные и сверхпрецизионные методы травления: ионно-лучевое нанофрезерование, ионно-стимулированное селективное газовое травление, ориентационно-чувствительное жидкостное травление, электрохимическое травление, нанопорообразование. Ионное модифицирование: сильноточная имплантация с кластеризацией и порообразованием, ионно-стимулированный химический синтез, протонизация, имплантография. Атомно-зондовое модифицирование: электрическое оптическое, механическое, термическое. Атомная модификация поверхности: окисление, массоперенос, активация реакций.

Тема 6. Литографические процессы.

Эволюция процессов экспонирования: высокоэффективные источники дальнего ультрафиолета, оптическая литография с фазовым сдвигом, стереолитография, электронно-, ионо-, рентгенолитография. Литография с использованием синхротронного излучения. Аспектное отношение. Наноштампы. Атомно-зондовая нанолитография:

перьевая, оптическая, термическая, электрохимическая.

Тема 7. Основы нанотехнологии биоорганических веществ.

Классификация процессов синтеза и модификации полимеров. Сборка и самосборка биополимеров. Молекулярное узнавание. Полианионный катализ. Матричный синтез.

Генетическое кодирование и синтез белка. Клонирование.

Заключение Интеграция процессов микро-, нано- и биотехнологии. Атомно-молекулярная инженерия. Интегрированные нанотехнологические комплексы.

Получение неорганических нанокомпозиционных материалов золь-гель методом. (4 ч.) 2 Получение нанослоевых неорганических композиций из газовой фазы методом молекулярной химической сборки. (4 ч.) Наноразмерное сверхлокальное препарирование гетерогенных объектов остросфокусированным ионным пучком. (4 ч.) Получение нанослоевых органических композиций из жидкой фазы методом молекулярного наслаивания. (4 ч.) Классификация процессов микро- и нанотехнологии по физикохимической сущности.

Чистые помещения: классификация производственных помещений по чистоте воздушной среды и микроклимату.

Методы формирования наночастиц в плазме.

Молекулярно-лучевая эпитаксия. Характеризация.

Ориентационно-чувствительное жидкостное травление Методы стереолитографии Классификация процессов синтеза и модификации полимеров Матричный синтез органических и неорганических наноструктур Курсовой проект выполняется одновременно с чтением лекций и проведением лабораторных занятий.

Задание на курсовое проектирование включает в себя анализ основных характеристик и параметров объекта разработки, обоснование выбора технологических операций (способов) и аппаратуры для их реализации, расчет (моделирование) элементов технологического процесса. Кроме этого студенты должны обосновать выбор методик пооперационного контроля и составить технологическую карту создания объекта разработки. Большинство вариантов заданий предусматривает применение ЭВМ.

1. Лучинин В.В. и др. Атомно-молекулярная технология и диагностика: Учеб.

пособие / СПбГЭТУ, 1998, 56 с.

2. Жабреев В.А., Мошников В.А., Таиров Ю.М., Федотов А.А., Шилова О.А. Зольгель технология: Учеб. пособие. / СПбГЭТУ, 2006, 156 с.

3. Егорова Т.А., Клунова С.М., Живухина Е.А. Основы биотехнологии: Учеб.

пособие. – М.: Академия, 2003, 208 с.

4. Чистяков Ю.Д., Райнова Ю.П. Физико-химические основы технологии микроэлектроники. М., Металлургия, 1979.

5. Аброян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И.. Физические основы электронно-ионной технологии. М., В.Ш., 1984.

6. Вендик С.Г., Горин Ю.Н., Попов В.Ф.. Корпускулярно-фотонная технология. М., В.Ш., 1984.

7. Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М., В.Ш., 1986.

8. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА. М., В.Ш., 1987.

9. Коледов Л.А. Технология и конструирование микросхем, микропроцессоров и микросборок. Радио и связь, 1989.

10. Парфенов С.Д. Технология микросхем М. В.Ш.,1990.

11. Алехин А.П. Физико-химические основы субмикронной технологии. М., МИФИ, Дополнительная литература 1. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. – М.: Техносфера, 2004, 327 с.

2. Нанотехнология в ближайшем десятилетии / Под ред. Роно М.К., Уильмса Д.С. и Аливисатоса П. – М.: Мир, 2002, 291 с.

3. Харрис П. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. – М.: Техносфера, 4. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. – М.: Мир, 2002, 589 с.

5. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник. М., Радио и связь, 1991.

6. Моро У. Микролитография. М., Мир, 1991.

7. Неволин В.К. Основы туннельно-зондовой нанотехнологии. Учеб. пособие. М., Изд-во МИЭТ, 1996.

Компьютерная программа моделирования распределения примесей при диффузии.

Компьютерная программа моделирования процесса ионной имплантации.

Материально-техническое обеспечение дисциплины.

Лаборатория нанесения материалов:

установка газофазной эпитаксии;

установка электронно-лучевого испарения;

установка магнетронного распыления;

Лаборатория модифицирования материалов:

установка термического окисления;

диффузионная печь;

установка лазерного отжига.

Лаборатория травления материалов:

линия технохимической обработки;

установка ионно-плазменного травления;

установка ионного травления.

Лаборатория литографии:

линия литографии (установка отмывки пластин, центрифуга, установка ИК-сушки);

установка контактного экспонирования;

установка проекционного экспонирования;

установка электронолитографии.

Участок контроля и измерений:

аппаратура для контроля чистоты и микроклимата;

аппаратура для контроля чистоты поверхности пластин;

эллипсометр;

растровый электронный микроскоп;

атомно-силовой микроскоп;

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

ПРИМЕРНАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Для подготовки бакалавров по направлению– «Нанотехнология»

Профиль – «Нанотехнологии для систем безопасности»

АННОТАЦИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Классификация САПР микро- и наносистем. Физико-математические основы САПР микро- и наносистем. Математическое моделирование при автоматизированном проектировании. Аппаратные и программные средства обеспечения САПР микро- и наносистем. САПР электротехнических систем, микроэлектронных систем, микромеханических систем. САПР электромеханических микро- и наносистем, оптомеханических, флюидных и теплофизических микро- и наносистем. САПР адаптивных материалов и процессов. САПР интегрированных микро- и наносистем.

Программные пакеты САПР.

Цель дисциплины заключается в формировании вклада в следующие компетенции:

способность самостоятельно работать на компьютере в средах современных операционных систем и с типовыми прикладными программными средствами в профессиональной сфере деятельности (ИК-2);

готовность использовать современные информационные технологии для поиска, хранения, обработки и передачи необходимой новой научно-технической информации (ИК-4).

готовность к расчету и моделированию основных параметров наноструктурных материалов, изделий и устройств на их основе, исходя из требуемых характеристик и условий эксплуатации (ПКД-2);

готовность разрабатывать проектно-конструкторскую документацию в соответствии с требованиями стандартов, технических условий и других нормативных документов (ПКД-3).

владение знаниями о фундаментальных основах технологических процессов получения наноматериалов, компонентов наноэлектроники и наносистемной техники (ПТД-3);

готовность к эксплуатации и техническому обслуживанию технологического и контрольно-диагностического оборудования в области нанотехнологии (ЭСД-3).

В результате изучения дисциплины студенты должны:

1. Знать:

общие понятия математического моделирования в микро- и наносистемостроении;

основы математического моделирования и оптимизации микро- и наносистем;

теоретические основы САПР.

2. Иметь навыки:

практической реализации автоматизированного проектирования в современных пакетах САПР.

3. Уметь:

формализовать задачи проектирования микро- и наносистем;

использовать программные пакеты, реализующие анализ и проектирование систем.

Содержание рабочей программы Введение.

Автоматизированное проектирование как средство уменьшения сроков разработки и сокращения финансовых затрат. Международная унификация процессов проектирования и создания изделий микро- и наносистемной техники.

Тема1. САПР как метод проектирования.

Состав и структура САПР. Классификация параметров проектируемых объектов:

фазовые переменные; внутренние, внешние и выходные параметры. Системные константы и размерности величин. Классификация проектных процедур: анализ и синтез (параметрический, структурный). Системы автоматизированного проектирования (САПР). База знаний и банки данных.

Тема2. Виды обеспечения САПР.

Методическое, математическое, лингвистическое, информационное, программное, аппаратное обеспечение. Аппаратные средства обеспечения САПР объектов микро- и наносистемной техники. Международная стандартизация в области автоматизации проектирования микро- и наносистем.

Тема 3. Математическое моделирование при автоматизированном проектировании.

Классификация методов математического моделирования. Методы решения линейных и нелинейных моделей. Основы МКР и МКЭ. Методы анализа динамических моделей. Моделирование механических и термомеханических процессов, моделирование термических процессов, моделирование конформных преобразований твердых тел, моделирование микропотоков жидкостей и газа, моделирование электростатических процессов, моделирование пьезорезистивных элементов, частотный анализ.

Тема 4. Общая постановка и виды задач принятия решений.

Математическая постановка задач оптимизации. Методы решения задач оптимизации, задачи линейного и нелинейного программирования. Многопараметрическая оптимизация.

Тема 5. Методики автоматизированного проектирования.

Прямое проектирование. Синтез. Анализ. Проектирование элементов интегрированных микро- и наносистем в процессе функционирования: диффузионно-дрейфовая физикотопологическая модель, методы численного решения уравнения в частных производных.

Тема 6. Программные пакеты САПР Базовые пакет прикладных программ CoventorWare Заключение Интеграция элементной базы микроэлектромеханики, микрооптики и микроэлектроники при проектировании микро- и наносистем.

Наименование работы Знакомство с набором программных средств для проектирования функциональных элементов МЭМС Моделирование физических полей в функциональных элементах микро- и наносистем при заданном воздействии Моделирование технологического процесса формирования элемента микро- и наносистемы Проектирование топологии функционального элемента микро- и Проектирование функциональных узлов микромеханических систем в Учебно-методическое обеспечение дисциплины № Название, библиографическое описание Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. М.: Высшая школа, Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике. Под ред.

И.П. Норенкова. М.: Радио и связь, Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высшая школа, Казенков Г.Г, Соколов А.Г. Принципы и методология построения САПР БИС. Л М.: Высшая школа, Кремлев В.Я. Физико-топологическое моделирование структур элементов БИС. Л М.: Высшая школа, Бубенников А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем. М.: Высшая школа, Дополнительная литература № Название, библиографическое описание Джамп Д. AutoCAD. Программирование. Пер. с англ. Под ред. Богданова А.С. М.:

Радио и связь, Проектирование СБИС. М. Ватанабэ и др. М.: Мир, Моделирование полупроводниковых приборов и технологических прпоцессов.

Под ред. Миллера Д. Пер. с англ. Под ред. Гадияка Г.В. М.: Радио и связь, Петренко А.И. Основы автоматизации и проектирования. Киев: Техника, № Название (адрес в Интернет) http://www.coventor.com http://www.fea.ru Средства обеспечения освоения дисциплины.

Компьютерная программа моделирования микро и наносистем.

Компьютерная программа моделирования конформных преобразований твердых тел.

Компьютерная программа моделирования пьезорезистивных элементов.

Компьютерная программа моделирования магнитострикционных элементов.

Материально-техническое обеспечения дисциплины.

Персональные ЭВМ Графопостроитель-плоттер.

Комплекс программных средств САПР.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

ПРИМЕРНАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

«ФИЗИКА НАНОСИСТЕМ»

Для подготовки бакалавров по направлению– «Нанотехнология»

Профиль – «Нанотехнологии для систем безопасности»

Цель дисциплины заключается в формировании вклада в следующие компетенции:

готовность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физикоматематический аппарат (ОНК-2);

способность самостоятельно работать на компьютере в средах современных операционных систем и с типовыми прикладными программными средствами в профессиональной сфере деятельности (ИК-2);

способность проводить физико-математическое и физико-химическое моделирование исследуемых процессов и объектов с использованием современных компьютерных технологий (НИД-2);

готовность аргументировано выбирать и реализовывать на практике эффективную методику экспериментального исследования параметров и характеристик наноматериалов и компонентов наносистемной техники (НИД-4);

готовность анализировать и систематизировать результаты исследований, обрабатывать и представлять материалы в виде научных отчетов, публикаций, презентаций (НИД-5).

готовность к расчету и моделированию основных параметров наноструктурных материалов, изделий и устройств на их основе, исходя из требуемых характеристик и условий эксплуатации (ПКД-2);

Введение Тема 1. Электроны в твердых телах.

Адиабатическое приближение. Приближение самосогласованного поля.

Метод Хартри, метод Хартри-Фока. Обменное взаимодействие электронов проводимости. Теорема Купманса. Уравнение Томаса-Ферми. Многоэлектронные атомы. Двухатомная молекула. Многоэлектронный атом и двухатомная молекула как модели нанокластеров.

Тема 2. Поверхность твердого тела.

Общие представления. Размер образца и характерная длина эффекта, поверхностные состояния, границы раздела. Релаксация и реконструкция поверхности, физические причины перестройки поверхности, направления и величины атомных смещений в приповерхностной области). Трансляционная симметрия реконструируемой поверхности, система обозначений Вуда. Структура поверхности и химическая связь: оборванные связи, теорема Яна-Теллера, поверхности металлических, ионных и ковалентных кристаллов, объемная и поверхностная гибридизации волновых функций.

Тема 3. Электронная структура поверхности.

Точечный дефект в кристалле, задача Костера-Слэтера; точечный дефект как прообраз задачи о поверхности. Метод функций Грина, обозначения Дирака, резольвентные методы в узельном представлении, уравнение Дайсона. Вакансия в одномерной цепочке как модель поверхности. Приближение сильной связи: простая схема формирования зонной структуры и возникновения локальных и резонансных состояний.

Тема 4. Адсорбционные свойства поверхности.

Физическая и химическая адсорбции. Модель Андерсона: адсорбция атома на металле, квазиуровни, плотность состояний на адатоме, числа заполнения. Адсорбция атома на полупроводнике, модель Халдейна-Андерсона. Роль щели в сплошном спектре подложки, локальные и резонансные состояния. Взаимодействие адатомов:

диполь-дипольное взаимодействие, косвенный и прямой обмены. Корреляции электронов и поверхностные сверхрешетки. Кулоновское взаимодействие электронов на адатоме, зарядовая перестройка, роль электрон-фононного взаимодействия.

Тема 5. Особенности колебательных спектров систем низких размерностей.

Колебания одно- и двухатомных церочек. Изотопический эффект в одноатомной линейной цепочке. Вакансия и примесь в одноатомной линейной цепочке.

Локальные колебания. Интерфейсные фононы.

Тема 6. Основы механики кристаллических сред.

Основы тензорного анализа. Компоненты и ранг тензора. Закон преобразования компонент тензора. Тензорное описание физических свойств кристаллов. Материальные уравнения и материальные тензоры. Инвариантность материальных тензоров. Тензоры механических напряжений и деформаций. Упругие свойства кристаллов. Закон Гука. Тензор жесткости. Условия, налагаемые симметрией кристалла на компоненты тензора жесткости. Упругие волны в кристаллах.

Тема 7. Электромеханические свойства кристаллов.

Прямой и обратный пьезоэлектрические эффекты в кристаллах. Пьезоэффект и симметрия кристалла. Электрострикция. Электромеханическая связь. Объемные пьезоакустические резонаторы.

Тема 8. Элементы динамики кристаллической решетки.

Микроскопическая теория колебаний решетки. Преобразование Фурье для функций, заданных на решетке. Зона Бриллюэна. Правила сумм. Динамическая матрица. Диагонализация динамической матрицы. Нормальные типы колебаний.

Акустические и оптические моды. Длинноволновый предел в теории колебания решетки. Разложение динамической матрицы по степеням волнового вектора.

Построение динамической матрицы методом инвариантов. Акустические колебания в приближении эффективной среды.

Тема 9. Введение в наномеханику.

Узельное представление в теории акустических колебаний решетки.

Обобщенная задача на собственные частоты и собственные типы колебаний нанокластеров. Приложение теории к нанокластерам в кубических кристаллах.

Динамическая матрица кубических кристаллов в длинноволновом пределе.

Собственные колебания одномерных, двумерных и трехмерных кластеров.

Периодические структуры. Фононные кристаллы.

Тема 10. Фуллерены, нанотрубки и графены.

Молекула фуллерена С60, ее основные свойства. Высшие фуллерены (С70 и др.). Кристаллические фуллерены (фуллериты), их структура и физические свойства.

Твердые фуллерены, легированные щелочными металлами (фуллериды).

Сверхпроводимость в фуллеренах. Нанотрубки и их структура. Основные физические свойства наногрубок и перспективы их применения. Графены, их структура, электронные спектры и особенности процессов переноса.

Тема 11. Резонаторная квантовая электродинамика.

Резонаторы. Электромагнитное поле в резонаторе, его энергия. Гамильтониан электромагнитного поля, радиационные осцилляторы. Квантование энергии электромагнитного поля. Квантовая механика радиационного осциллятора: основное состояние, операторы рождения и уничтожения, их основные свойства. Понятие о методе вторичного квантования и его применении к системам с переменным числом частиц.

Гамильтониан электромагнитного поля в представлении вторичного квантования.

Тема 12. Элементы квантовой информатики.

Квантовые устройства хранения и обработки информации. Спин как пример квантового носителя информации. Спиноры и операторы проекций спина. Уравнение Паули. Динамика спина в магнитном поле. Спиновые состояния нескольких частиц, управление спиновыми состояниями. Кубиты и логические операции с ними, понятие о квантовых вычислениях. Физическая реализация кубитов: фотоны, атомы в оптических резонаторах, ионы в ловушках, ядерные спины, электронные спины в квантовых точках, сверхпроводящие контуры, электроны в жидком гелии. Физика квантовой телепортации.

Примеры практической реализации этого эффекта.

Тема 13. Бозе-конденсированные системы.

Бозе-газ массивных частиц при низких температурах, конденсация БозеЭйнштейна. Температурная зависимость плотности бозе-конденсата. Проявления квантовой когерентности в бозе-системах. Экспериментальное получение бозеконденсированного состояния. Перспективы применения бозе-конденсатов в системах квантовой информатики.

Тема 14. Одноэлектроника.

Зарядовые эффекты в туннельных структурах, условия их наблюдения.

Кулоновская блокада. Металлические и полупроводниковые одноэлектронные наноструктуры, их вольт-амперные характеристики. Одноэлектронный транзистор.

Одноэлектронные электрометр и гальванометр. Молекулярная одноэлектроника.

Электронный транспорт в молекулярных наносистемах.

Методы Хартри, Хартри-Фока и Томаса-Ферми Метод функций Грина в задаче Костера-Слэтера Модели Андерсона и Халдейна-Андерсона Тензоры и их свойства Пьезоакустические резонаторы Собственные колебания кластеров Квантование электромагнитного поля Операторы проекций спина. Спин в магнитном поле Туннелирование и кулоновская блокада Учебно-методическое обеспечение дисциплины Основная литература № Название, библиографическое описание Л1 Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. Учебник. М., Высшая школа, 2002.

Бонч-Бруевич В.П., Калашников С.Г. Физика полупроводников, Учебное пособие. М., С.Ю. Давыдов, А.И. Мамыкин, О.В. Посредник. Элементарное введение в квантовую теорию твердых тел. Учебное пособие, СПб.: Изд-во СпбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002, 52 с.

С.Ю. Давыдов, А.А. Лебедев, О.В. Посредник. Физика поверхности и границ раздела.

Учебное пособие, СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005, 66 с.