Программа дисциплины «Специальные вопросы материаловедения низкоразмерных систем» по направлению 222900. 62 «Нанотехнологии и микросистемная техника»
Скачать 335.4 Kb.
|
II. Тематический план учебной дисциплины
III. Содержание программы Тема 1. Введение Обзор курса «Специальные вопросы материаловедения низкоразмерных систем». Радиационное и космическое материаловедение как научно-техническое направление. Тема 2. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом 2.1. Виды излучений – корпускулярное, электромагнитное. Электроны, протоны, ионы, альфа-, бета-частицы, гамма-кванты, нейтроны и др. Характеристики излучений: энергия, флюенс, поток, плотность потока, доза и др. Волновые свойства частиц. Потенциал и энергия ионизации. Радиоактивные изотопы, Характеристики радиоактивных изотопов. Спектр излучения. Период полураспада. 2.2.. Источники излучений. Ускорители. Изотопные источники – естественные и искусственные. Ядерные реакции в атомном и термоядерном реакторе. Радиационные пояса Земли – естественные и искусственные. Космические лучи. Ядерные взрывы. 2.3. Методы регистрации излучений. Фотоядерные методы. Ионизационные, искровые, сцинтилляционные, полупроводниковые счетчики. Общее представление о спектроскопии излучений. 2.4. Поглощение излучения веществом. Физическая природа взаимодействия нейтронного, протонного, электронного и др. видов излучений с твердыми телами. Упругое и неупругое взаимодействие. Удельные энергетические потери. Эффективные сечения упругих и неупругих взаимодействий. Эффективные сечения взаимодействия высокоэнергетических электронов с веществом. Фотоядерные реакции. Потенциалы взаимодействия. Экспериментальные измерения энергетических потерь. Поглощение излучений кристаллами. Особенности поглощения высокоэнергетических нейтральных тяжелых частиц. Общее теоретическое рассмотрение траекторий при столкновении. Глубины проникновения для различных высокоэнергетических частиц. Понятие проективного пробега ускоренных частиц. Эффект каналирования заряженных частиц в кристаллах. Эффект блокирования (теней). Каналирование при низких энергиях первичных частиц. Каналирование при высоких энергиях. Классическая и квантовая теории каналирования. Деканалирование высокоэнергетических частиц. Прикладное использование эффектов каналирования и блокирования для изучения структуры и местоположения инородных атомов, тетрагональности кристаллических решеток и т.д. Неупругие процессы поглощения излучений веществом. Ядерные реакции. Ядерные реакции при воздействии на вещество легких заряженных частиц. Ядерные реакции при воздействии на вещество нейтронов. Распределение первичных атомов отдачи. Тема 3. Образование радиационных дефектов в кристаллических твердых телах при воздействии излучений различных видов Элементарные процессы образования радиационных точечных дефектов в кристаллах. Пороговая энергия образования пар Френкеля. Анизотропия энергии образования пар Френкеля. Радиусы спонтанной аннигиляции вакансий и междоузельных атомов. Рекомбинационный объем. Атомные смещения вблизи порога образования точечных дефектов (подпороговые эффекты). Образование центров окраски в ионных и полупроводниковых кристаллах при облучении. Сечение дефектообразования. Каскады столкновений. Элементарная теория каскадов столкновений. Определение первичной энергии атомов отдачи. Каскады столкновений при высоких и низких энергиях. Эффект фокусировки атомных столкновений. Фокусировка атомных столкновений в ГЦК и ОЦК кристаллах. Строение каскада смещений. Обедненные зоны. Расчет числа смещенных атомов в каскаде смещений. Определение числа дефектов, вводимых различными видами излучений. Каскадное перемешивание. Отжиг радиационных дефектов в кристаллах. Стадии отжига и их природа. Образование каскадов смещений при фотоядерных реакциях. Тепловые пики. Экспериментальное исследование каскадов смещений. Роль неупругих процессов при нейтронном, протонном, электронном облучении в дефектообразовании в кристаллах. Осколки деления. Трасмутанты. Определение концентрации трансмутантов. Тема 4. Радиационно-индуцированные и радиационно-стимулированные процессы в материалах Радиационно-индуцированная сегрегация компонентов в облученных сплавах. Радиационно-индуцированные и радиационно-стимулированные фазовые превращения в сплавах. Радиационно-стимулированная диффузия. Взаимодействие радиационных дефектов с дислокациями и атомами примесей. Дислокации как стоки междоузельных атомов и вакансий. Преференс. Примесные атмосферы. Радиационно-стимулированные процессы в полупроводниковых материалах. Тема 5. Поверхностные радиационные дефекты в твердых телах Физическое и химическое распыление кристаллических и аморфных твердых тел под действием ускоренных частиц. Радиационный блистеринг в материалах. Зависимость степени эрозии поверхности при распылении и блистеринге от энергии частиц, флюенса, температуры и других факторов. Влияние поверхностной структуры материала на блистеринг. Распыление материалов под действием высокоэнергетических нейтронов. Способы повышения стойкости материалов по отношению к распылению и блистерингу. Тема 6. Взаимодействие импульсных излучений с веществом Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Изменение структуры и свойств материалов при лазерном воздействии в режимах свободной генерации и модулированной добротности. Воздействие высокоэнергетических импульсов плазмы на свойства материалов. Взаимодействие сверхжесткого рентгеновского излучения с веществом. Тема 7. Воздействие высокоэнергетических излучений на физико-механические свойства и структуру материалов 7.1. Воздействие высокоэнергетических излучений на физические свойства неорганических материалов. Воздействие электронного, протонного, нейтронного излучений, реакторного облучения на электрические свойства металлов, полупроводников, изоляторов. Радиационно-стимулированное изменение электрических свойств резисторных материалов. Влияние электронного, протонного, нейтронного излучений на сверхпроводящие материалы, изменение температуры перехода в сверхпроводящее состояние. Влияние излучений на электросопротивление изоляционных материалов. Изменение электрических свойств полупроводников и полупроводниковых соединений при воздействии излучений. Изменение магнитных свойств материалов при воздействии излучений. Изменение механических свойств конструкционных и функциональных материалов космической и атомной техники под воздействием электронного и протонного излучений. 7.2. Воздействие высокоэнергетических излучений на структуру металлических и полупроводниковых материалов. Радиационно-стимулированные структурно-фазовые превращения в конструкционных и функциональных материалах космической и атомной техники. Влияние нейтронного, электронного и протонного излучений на структуру сплавов на основе алюминия, магния, меди, никеля, железа, ванадия и др. Потеющие самовосстанавливающиеся при облучении алюминий-литиевые и алюминий-медные сплавы. Радиационно-стимулированные кристаллохимические процессы в полупроводниковых материалах. 7.3.Радиационная стойкость конструкционных материалов атомной и термоядерной энергетики. Охрупчивание конструкционных материалов при нейтронном облучении. Низкотемпературное и высокотемпературное охрупчивание. Способы подавления радиационного охрупчивания легированием и пластической деформацией. Основные требования к материалам для ядерных и термоядерных реакторов. Радиационное распухание и методы его подавления. Поверхностная радиационная стойкость материалов для термоядерной энергетики. Распыление и блистеринг, способы их подавления. Защитные покрытия, применяемые на первой стенке термоядерного реактора; материалы защитных покрытий (графиты, пирографиты, карбиды и др.). Способы нанесения защитных покрытий. Материалы для дивертора токамака. Материалы изотопных источников. Проблема создания малоактивируемых материалов (материалов с быстрым спадом наведенной радиоактивности) для использования в конструкциях атомной и термоядерной энергетики. 7.4.Радиационная стойкость материалов электронной техники. Радиационная стойкость металлических материалов электровакуумных приборов и элементов электронных схем. Радиационная стойкость керамических материалов электронной техники. Радиационная стойкость изоляционных материалов. Радиационная стойкость графитов и карбидных материалов. Радиационная стойкость стекол. Радиационная стойкость полимерных материалов. Радиационная стойкость магнитных материалов. Тема 8. Факторы космического пространства и радиационная стойкость материалов космической техники Факторы космического пространства. Радиационная стойкость конструкционных материалов космической техники и материалов радиоэлектронной аппаратуры. Физическое и химическое распыление поверхности космических аппаратов под действием кислородной плазмы, протонного и метеорного потоков, ускоренных частиц собственной атмосферы. Радиационная стойкость оптических и терморегулирующих покрытий космических аппаратов. Радиационная стойкость кремниевых солнечных батарей. Радиационная стойкость полимерных материалов. Радиационная стойкость графитов. Радиационная стойкость стекол. Накопление электростатического заряда на поверхности космических аппаратов и способы борьбы с этим явлением. Тема 9. Радиационная обработка и модифицирование материалов Ионное легирование и его применение в машиностроении, электронной технике, химической и других отраслях промышленности. Радиационное легирование. Использование ядерных реакций для легирования полупроводниковых материалов. Радиационная обработка металлических, полупроводниковых и диэлектрических материалов с целью их модифицирования и придания им специальных свойств. Тема 10. Радиационные методы получения наноразмерных систем 10.1.Общая характеристика наноразмерных систем. 10.2. Радиационные методы получения наноразмерных систем. 10.2.1. Ионный синтез. Особенности процесса ионного синтеза, требуемые режимы (энергия ионов, дозы имплантации, ориентационные условия облучения, распределение пробегов имплантированных ионов, пострадиационный фотонный импульсный отжиг). Ионный синтез соединений A3B5 в кремниевой матрице. Ионный синтез слоев переходных металлов в кремнии. Создание методом ионного синтеза наноструктур для трехмерной наноэлектроники 10.2.2. Ионное распыление. Формирование наноразмерных структур при ионном распылении поверхности полупроводников. Теоретические модели метода (модели, основанные на распределении энергии по Гауссу; моделирование распыления методом Монте-Карло; уточнение распределения поглощаемой энергии). Распыление вращающихся подложек. Влияние параметров облучения на особенности формирования наноразмерных структур при ионном распылении подложек (вариация ускоряющего напряжения, угла падения ионов). Морфология поверхности при ионном распылении. 10.2.3. Лазерное облучение. Формирование фуллеренов при лазерном испарении графитов. Получение углеродных нанотрубок при термическом распылении графита лазерным облучением. Использование импульсных лазерных методов для получения наноструктур. Ударно-волновой синтез нанокластеров при воздействии на металлы лазерных гигантских импульсов. 10.2.4. Плазменные методы в технологии создания наноразмерных структур.. Плазменные методы создания поверхностных периодических наноструктур. Специфика используемого плазменного оборудования. Технологические проблемы обеспечения создания периодических наноразмерных структур. Плазмохимический синтез нанокристаллов Особенности травления диэлектрических слоев субмикронных наноструктур 10.2.5.Формирование наноразмерных фаз в металлических и полупроводниковых материалах при облучении многокомпонентными пучками ионов. Ионно-имплантационная технология синтезирования в металлической матрице (алюминиевые сплавы, нержавеющие стали и др.) в условиях низкодозного и низкотемпературного облучения монодисперсной наноразмерной сверхтвердой карбонитридной фазы (например, карбонитрида бора при облучении ионами гелия, углерода, азота и бора) с использованием многокомпонентного источника ионов с целью получения материалов с уникальными прочностными характеристиками. Гелиевые поры как центры зарождения вторичных фаз. Синтезирование нанокристаллов в структуре облученных газовыми ионами (например, ионами гелия) полупроводниковых материалов. 10.2.6. Использование ядерных мембран для матричного синтеза наноструктур. Ядерные фильтры, их получение и применение в различных областях науки и техники. Использование ядерных мембран для создания нанопроволок. Режимы процесса создания нанопроволок (энергия и плотность потока тяжелых ионов при облучении полимерных пленок, особенности травления полимерных пленок, электролиза и заполнения нанопор различными металлами), структура нанопроволок, созданных матричным синтезом, их свойства и области применения. 10.2.7. Радиационные методы анализа наноразмерных систем. Использование синхротронного излучения для анализа наноразмерных структур. Исследование наноразмерных систем методом электрон-позитронной аннигиляции 10.2.8. Радиационно-пучковые методы нанолитографии. Электронно-лучевая литография – принципы, оборудование, режимы. Ионная литография – ионная проекционная литография и ионно-лучевая литография, - принципы, оборудование и использование в нанотехнологиях Литографически-индуцированная самосборка наноструктур (ЛИС). Использование экстремальной ультрафиолетовой литографии для создания наночипов с размерами 10-100 нм при изготовлении ультрабольших интегральных схем. |
Похожие:
 | Программа дисциплины «Вычислительная термодинамика» для направления... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 222900. 62 «Нанотехнологии... | | Программа дисциплины «Процессы на поверхности раздела фаз» для направления... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления 222900. 62 «Нанотехнологии... |
| Программа дисциплины «Физические основы радиационных технологий»... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов, обучающихся по направлению... | | Программа дисциплины «Физика прочности материалов» по направлению... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Программа дисциплины "Специальные вопросы материаловедения низкоразмерных... Целью дисциплины является изучение инициированных высокоэнергетической радиацией процессов деградации и модифицирования структуры... | | Программа дисциплины "Специальные вопросы материаловедения низкоразмерных... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Программа дисциплины "Физическое материаловедение" для специальности... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Программа дисциплины «Теория дефектов в кристаллах» для направления... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
 | Программа дисциплины «Моделирование и проектирование микро- и наносистем»... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Пояснительная записка рабочая программа дисциплины «Иностранный язык... «Физика», 222900. 62 «Нанотехнологии и микросистемная техника», 223200. 62 «Техническая физика» |
| Программа дисциплины «Основы кристаллографии и кристаллохимии» ... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Программа дисциплины "Физико-механические свойства материалов для... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Программа дисциплины "Физико-механические свойства материалов для... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов направления... Содержание: умк по дисциплине «Магнитные свойства» для студентов направления 28. 03. 01 «Нанотехнологии и микросистемная техника»,... |
| Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов направлений:... Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направлений: 011200. 62 "Физика" (очная форма обучения), 011800. 62... | | Тюменский государственный университет «утверждаю»: Проректор по учебной работе Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов направления подготовки бакалавров: Нанотехнологии и микросистемная техника... |
