МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

Физический факультет

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по развитию образования

_Е.В.Сапир "_"2012 г.

Рабочая программа дисциплины послевузовского профессионального образования (аспирантура) Формирование и свойства наноструктурированных полупроводников по специальности научных работников 01.04.10 Физика полупроводников Ярославль 1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Формирование и свойства наноструктурированных полупроводников» в соответствии с общими целями основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура) (далее - образовательная программа послевузовского профессионального образования) являются:

- усвоение аспирантами знаний о физических явлениях, имеющих место в наноструктурированных полупроводниках, об использовании этих материалов в твердотельных устройствах нового поколения;

- изучение модельных представлений и основных теоретических принципов изменения свойств полупроводников при переходе в нанометровый диапазон;

- формирование у аспирантов навыков экспериментального изучения наноструктурированных систем.

2. Место дисциплины в структуре образовательной программы послевузовского профессионального образования Данная дисциплина относится к разделу обязательные дисциплины (подраздел дисциплины по выбору аспиранта) образовательной составляющей образовательной программы послевузовского профессионального образования по специальности научных работников 01.04. Физика полупроводников.

Дисциплина «Формирование и свойства наноструктурированных полупроводников»

рассматривает основные физические процессы, происходящие в элементах нанометровых размеров. Даная дисциплина имеет логические и содержательно-методические взаимосвязи с другими частями ООП, а именно с обязательной дисциплиной «Специальность», курсами по выбору (Методы измерения и анализа электрических свойств полупроводниковых пленок) и педагогической практикой.

Для изучения данной дисциплины необходимы «входные» знания, умения, полученные в процессе обучения по программам специалитета или бакалавриата – магистратуры. Дисциплина является основой для последующего изучения дисциплины «Специальность» в аспирантуре.

3. Требования к результатам освоения содержания дисциплины «Формирование и свойства наноструктурированных полупроводников»

В результате освоения дисциплины «Формирование и свойства наноструктурированных полупроводников» обучающийся должен:

знать:

основные понятия, связанные с процессами формирования и исследования наноструктурированных полупроводников, с основными физическими явлениями в наноструктурах с различной размерностью, с условиями реализации квантовых и классических размерных эффектов.

уметь:

применять полученные знания для анализа параметров и характеристик наноструктурированных объектов, использовать физические законы для предсказания поведения физических параметров полупроводников при переходе в область малых размеров, оперировать физическими и технологическими терминами и величинами, анализировать задачи по реализации классических и квантовых размерных эффектов.

владеть:

информацией об областях применения наноструктурированных полупроводников; практическими приемами при работе с наноструктурами электроники; методами измерения основных параметров наноразмерных систем.

4. Структура и содержание дисциплины «Формирование и свойства наноструктурированных полупроводников»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.

Курс № Раздел Виды учебной работы, включая Формы текущего Неделя п/ Дисциплины самостоятельную работу обучаю- контроля успеваемоп щихся, и трудоемкость (в часах) сти Форма обуч.: очная/заочная (по неделям) Форма промежуточной аттестации Сам. работа Лабораторных Лекций Практических Содержание дисциплины Тема 1.

Предмет, цели и задачи курса. Основная терминология. Тенденция перехода от микроэлектроники к наноэлектронике. Уменьшение топологического размера элементов. Наноэлектроника. Мезоскопика. Молекулярно-атомный уровень. Области применения наноэлектроники и нанотехнологий. Взаимосвязь с другими науками. Нанотехнологии и общество.

Тема 2. Свойства частиц малых размеров. 0-D, 1-D, 2-D, 3-D системы. Зависимость свойств от размеров и размерности. Изменение соотношения внешних и внутренних атомов в кластере. Изменение координационного числа для кластера. Изменение температуры плавления (кластер, пленка). Изменение постоянной решетки. Изменение энергии связи.

Тема 3. Электронные свойства наночастиц. Изменение ширины запрещенной зоны в полупроводниках; зависимость от размерности. Изменение зонной структуры металла; размерноиндуцированный переход «металл-диэлектрик». Изменение оптических свойств металлов и полупроводников. Изменение электрических и магнитных свойств. Изменение химических свойств Тема 4. Нанотехнологии. Два подхода к получению наноструктур. “Bottom-up” и “Top-down” методы. Методы субмикронной фотолитографии. Электронная литография. Ионная литография. Рентгеновская литография. Литография с применением синхротронного излучения.

Литография нановдавливанием. Наносферная литография.

Тема 5. Методы формирования и свойства квантовых точек Формирование квантовых точек по механизму Странски-Крастанова. Атомное манипулирование. Квантовые «загоны» Эглера. Процессы контролируемого размещения квантовых точек. Синтез квантовых точек в матрицах на основе полимеров. Синтез квантовых точек в стеклянных матрицах. Формирование квантовых точек в пористых матрицах (цеолиты, золь-гели).

Тема 6. Методы формирования нанонитей и их свойства. Коллоидный синтез. Гидротермальный метод. Химическое осаждение. Эпитаксиальный рост нанонитей по механизму «пар-жидкость-кристалл». Электрохимическое осаждение. Принц-технология.

Тема 7. Синтез ультратонких пленок и сверхрешеток. Метод молекулярно-лучевой эпитаксии. Метод горячей стенки. Формирование наноструктурированных пленок на холодных и неориентированных подложках. Примеры реализации.

Тема 8. Специальные методы диагностики. Микроскопические методы анализа. Растровая и просвечивающая электронная микроскопия. Туннельная микроскопия. Атомно-силовая микроскопия. Фотолюминесценция наноразмерных полупроводников. Спектроскопия комбинационного рассеяния.

5. Образовательные технологии В преподавании используются мультимедийные презентации, иллюстрации, таблицы, методические пособия. Знакомство с экспериментальными установками проводится на базе ЦКП «Диагностика микро- и наноструктур». В преподавании курса используются активные и интерактивные технологии проведения занятий в сочетании с внеаудиторной работой. Аспиранты имеют возможность посещать компьютерный класс, выходят в Интернет в зоне Wi-Fi, организованной в университете.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы обучающихся В качестве средств текущего контроля используется 2 контрольных работы, а также написание в течение семестра 1 реферата на выбранную тему. Итоговая форма контроля (зачет) дает возможность выявить уровень профессиональной подготовки аспиранта по данной дисциплине.

Контрольная работа № Охарактеризуйте основные физические закономерности, сопровождающие изменение параметров полупроводника при переходе от массивного кристалла в наноструктурированное состояние.

Контрольная работа № Дайте характеристику базовым методам формирования 0-D, 1-D и 2-D систем.

Темы рефератов 1. Термин «Наноструктурированное состояние».

2. Изменение соотношения внешних и внутренних атомов в кластере. Влияние этого параметра на термодинамические характеристики полупроводника.

3. Изменение ширины запрещенной зоны в нанокристаллических полупроводниках. Примеры расчетов.

4. “Bottom-up” и “Top-down” методы.

5. Формирование квантовых точек по механизму Странски-Крастанова.

6. Формирование квантовых точек в пористых матрицах.

7. Принц-технология.

8. Метод молекулярно-лучевой эпитаксии.

Вопросы к аттестации (зачету) 1. Тенденция перехода от микроэлектроники к наноэлектронике. Уменьшение топологического размера элементов.

2. Наноэлектроника. Мезоскопика. Молекулярно-атомный уровень.

3. Области применения наноэлектроники и нанотехнологий. Нанотехнологии и общество.

4. Свойства частиц малых размеров. 0-D, 1-D, 2-D, З-D системы. Зависимость свойств от размеров и размерности.

5. Изменение соотношения внешних и внутренних атомов в кластере.

6. Изменение координационного числа для кластера.

7. Изменение температуры плавления (кластер, пленка).

8. Изменение постоянной решетки.

9. Изменение энергии связи.

10. Электронные свойства наночастиц. Изменение ширины запрещенной зоны в полупроводниках; зависимость от размерности.

11. Изменение зонной структуры металла; размерно-индуцированный переход «металл-диэлектрик».

12. Изменение оптических свойств металлов и полупроводников.

13. Изменение электрических и магнитных свойств.

14. Изменение химических свойств.

15. Нанотехнологии. Два подхода к получению наноструктур. “Bottom-up” и “Top-down” методы.

16. Методы субмикронной фотолитографии.

17. Электронная литография.

18. Ионная литография.

19. Рентгеновская литография. Литография с применением синхротронного излучения.

20. Литография нановдавливанием. Наносферная литография.

21. Методы формирования квантовых точек Формирование квантовых точек по механизму Странски-Крастанова. Атомное манипулирование. Квантовые «загоны» Эглера.

22. Процессы контролируемого размещения квантовых точек.

23. Методы формирования нанокристаллов. Синтез квантовых точек в матрицах на основе полимеров. Синтез квантовых точек в стеклянных матрицах. Формирование квантовых точек в пористых матрицах (цеолиты, золь-гели).

24. Синтез нанонитей.

25. Сканирующая туннельная микроскопия. Атомно-силовая микроскопия.

26. Электронная микроскопия.

27. Спектроскопия комбинационного рассеяния.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) основная литература:

- Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. -М.: Физматлит, 2007.

- Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников. М.: Наука, б) дополнительная литература:

- Введение в процессы интегральных микро- и нанотехнологий. Под.ред. Коркишко Ю.Н. В 2-х томах. М.: Бином, 2010.

- Зебрев Г.И. Физические основы кремниевой наноэлектроники. М.: Бином, 2011.

- Рыжонков Д.И., Левина В.В., Дзидзигури Э.Л. Наноматериалы.- М.: Бином, в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

- для демонстрации презентаций используются программы Windows и MS Office.

- в качестве вспомогательных интернет-ресурсов по дисциплине используется электронная библиотека ЯрГУ, электронная библиотека e-library.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины - компьютер и мультимедийный проектор;

- набор электронных презентаций и схем по курсу.

Программа составлена в соответствии с федеральными государственными требованиями к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура) (приказ Минобрнауки от 16.03.2011 г. № 1365) с учетом рекомендаций, изложенных в письме Минобрнауки от 22.06.2011 г. № ИБ – 733/12.

Программа одобрена на заседании кафедры микроэлектроники 16.10.2012 (протокол № 2) Заведующий кафедрой Автор Зимин С.П., доктор физико-математических наук, профессор