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) Модификация поверхности и объема твердых тел при обработке в плазме по специальности научных работников 01.04.07 Физика конденсированного состояния Ярославль 1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Модификация поверхности и объема твердых тел при обработке в плазме» 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, происходящих с поверхностью и объемом твердого тела при ионном распылении в плазменных процессах;

- изучение модельных представлений и основных теоретических принципов взаимодействия ионов плазмы с поверхностью твердого тела;

- формирование у аспирантов навыков экспериментальных исследований и изучение методик измерения характеристик и параметров твердых тел.

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 конденсированного состояния.

Дисциплина «Модификация поверхности и объема твердых тел при обработке в плазме»

рассматривает основные физические и физико-химические процессы, происходящие на поверхности и в объеме кристаллических тел при ионной модификации в плазме. Даная дисциплина имеет логические и содержательно-методические взаимосвязи с другими частями ООП, а именно с обязательной дисциплиной «Специальность», курсами по выбору (Свойства дисперсных наноструктурированных систем) и педагогической практикой.

Для изучения данной дисциплины необходимы «входные» знания, умения, полученные в процессе обучения по программам специалитета или бакалавриата – магистратуры, а также при изучении дисциплины «Специальность» в аспирантуре.

3. Требования к результатам освоения содержания дисциплины «Модификация поверхности и объема твердых тел при обработке в плазме»

В результате освоения дисциплины «Модификация поверхности и объема твердых тел при обработке в плазме» обучающийся должен:

знать:

основные понятия, связанные с процессами распыления твердых тел ионами плазмы, формированием микро- и нанорельефа на различных подложках, основными методами исследования микро- и наноструктур, со специфическими свойствами радиационных дефектов.

уметь:

применять полученные знания для анализа параметров и характеристик микро и наноэлементов при модификации в плазме, использовать физические законы для предсказания поведения морфологических параметров в разных технологических условиях, оперировать физическими терминами и величинами.

владеть:

информацией об областях применения и перспективах развития плазменных технологий;

практическими приемами при работе с модифицированными в плазме объектами твердотельной электроники; методами измерения основных морфологических и электрических параметров пленочных материалов и кристаллов.

4. Структура и содержание дисциплины «Модификация поверхности и объема твердых тел при обработке в плазме»

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. Типы сил связи в конденсированном состоянии. Кристаллическое строение твердых тел. Методы описания кристаллической структуры. Типы дефектов. Точечные дефекты, их образование и диффузия. Вакансии и межузельные атомы. Дефекты Френкеля и Шоттки.

Тема 2.

Взаимодействие ускоренных ионов с веществом. Взаимодействие с ядрами. Взаимодействие с электронами. Пробег иона. Эффект каналирования. Влияние угла наклона. Влияние энергии ионов на эффекты взаимодействия. Роль кристаллографической ориентации в процессах ионного распыления. Основные модели распыления.

Тема 3.

Аппаратура для проведения плазменной обработки. Типы реакторов. Модификация поверхности при ионной бомбардировке. Формирование микро- и наноструктур на поверхности, в приповерхностных слоях и в объеме. Роль дефектов. Особенности распыления эпитаксиальных пленок. Размерные эффекты при распылении. Моделирование процессов взаимодействия ионов с твердыми телами.

Тема 4.

Особенности распыления многокомпонентных мишеней. Физические модели для описания таких процессов. Условия распыления отдельных атомов и целых молекул в бинарных материалах. Анализ скоростей распыления на примере бинарных кристаллов халькогенидов свинца. Распыление твердых растворов.

Тема 5. Методы исследования морфологии и химического состава поверхности твердых тел после ионного распыления. Методы анализа химического состава. Вторичная ионная массспектроскопия. Оже-электронная спектроскопия. EDX-метод.

Тема 6. Микроскопические методы исследования поверхности. Растровая и просвечивающая электронная микроскопия. Режимы наблюдения и технические возможности визуализации объектов. Полевой ионный микроскоп.

Тема 7. Сканирующая туннельная микроскопия. Методика атомно-силовой микроскопии для описания нанообъектов на поверхности. Условия проведения экспериментальных исследований. Масштабы по горизонтали и вертикали. Экспериментальные приемы исследований.

Тема 8. Изменение электрофизических и оптических характеристик полупроводниковых кристаллов после ионной бомбардировки. Влияние электрически активных дефектов кристалла на изменение электропроводности. Радиационные дефекты и их вклад в электропроводность. Влияние морфологии поверхности после ионной обработки на оптические характеристики.

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 контрольные 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 процессы, сопровождающие взаимодействие ионов с поверхностью твердых тел.

Контрольная работа № Охарактеризуйте базовые методы исследования морфологии и химического состава микро- и наноструктур на поверхности и в объеме твердых тел.

Темы рефератов 1. Методы описания кристаллической структуры твердых тел.

2. Роль кристаллографической ориентации в процессах ионного распыления.

3. Размерные эффекты при распылении.

4. Физические модели для описания распыления многокомпонентных соединений.

5. EDX-метод.

6. Полевой ионный микроскоп.

7. Устройство сканирующего туннельного микроскопа.

8. Конструктивные особенности Атомно-силового микроскопа.

9. Радиационные дефекты при воздействии ионов на поверхность.

Вопросы к аттестации (зачету) 1. Типы сил связи в конденсированном состоянии.

2. Кристаллическое строение твердых тел.

3. Точечные дефекты, их образование и диффузия. Вакансии и межузельные атомы. Дефекты Френкеля и Шоттки.

4. Взаимодействие ускоренных ионов с веществом. Взаимодействие с ядрами. Взаимодействие с электронами.

5. Пробег иона. Эффект каналирования.

6. Основные модели распыления.

7. Аппаратура для проведения плазменной обработки. Типы реакторов.

8. Модификация поверхности при ионной бомбардировке.

9. Формирование микро- и наноструктур на поверхности, в приповерхностных слоях и в объеме. Роль дефектов.

10. Особенности распыления эпитаксиальных пленок.

11. Размерные эффекты при распылении.

12. Моделирование процессов взаимодействия ионов с твердыми телами.

13. Особенности распыления многокомпонентных мишеней.

14. Условия распыления отдельных атомов и целых молекул в бинарных материалах.

15. Вторичная ионная масс-спектроскопия.

16. Оже-электронная спектроскопия.

17. Микроскопические методы исследования поверхности. Растровая и просвечивающая электронная микроскопия. Режимы наблюдения и технические возможности визуализации объектов.

18. Сканирующая туннельная микроскопия.

19. Методика атомно-силовой микроскопии.

20. Изменение электрофизических и оптических характеристик полупроводниковых кристаллов после ионной бомбардировки.

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

- КиттельЧ. Введение в физику твердого тела. -М.: Наука, 1978.

- Распыление твердых тел ионной бомбардировкой, выпуски 1 и 2 / Под ред. Р. Бериша. – М.:

Мир, 1986.

б) дополнительная литература:

- Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. -М.: Высшая школа, 2000.

- Зигмунд П. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. -М.: Мир, 1984.

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

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 общей и экспериментальной физики _ 10.2012 г. (протокол № _) Заведующий кафедрой Алексеев В.П., кандидат физ.-матем. наук., доцент Автор Зимин С.П., доктор физико-математических наук, профессор