5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
1. Модуль 1. Общие сведения о материалах электронной техники.
Особенности внутреннего строения твердых тел: моно- и поликристаллы, аморфные твердые вещества. Понятие о полиморфизме. Дефекты твердых тел: классификация, происхождение, влияние на свойства твердых тел. Виды химической связи в твердых телах.
2. Модуль 2. Проводники.
Физическая природа электропроводности металлов. Температурная зависимость удельного сопротивления металлов. Сверхпроводимость и ее применение в науке и технике. Влияние структурных дефектов на удельное сопротивление металлов. Электропроводность металлов в тонких слоях. Контактная разность потенциалов, термо-ЭДС и термопары. Металлы высокой проводимости. Материалы высокотемпературной сверхпроводимости. Металлы с повышенным удельным сопротивлением.
3. Модуль 3. Полупроводники.
Собственные и примесные полупроводники, их энергетические диаграммы. Температурная зависимость проводимости полупроводников. Рекомбинация неравновесных носителей заряда в полупроводниках. Эффект Холла в полупроводниках. Электропроводность полупроводников в сильном электрическом поле. Методы очистки и выращивания полупроводниковых кристаллов. Понятие об эпитаксии, виды эпитаксии. Основные свойства германия и кремния, особенности технологии и область применения. Полупроводниковые химические соединения. Твердые растворы на основе полупроводниковых соединений.
4. Модуль 4. Диэлектрики и магнитные материалы.
Поляризация, виды поляризации диэлектриков. Электропроводность диэлектриков. Диэлектрические потери. Пробой диэлектриков. Пассивные диэлектрики. Конденсаторные и изоляционные материалы. Активные диэлектрики. Основные методы исследования диэлектриков и определения их параметров.
Классификация веществ по отношению к магнитному полю. Физическая природа ферромагнетизма. Намагничивание ферромагнетика. Потери энергии в ферромагнетиках. Магнитотвердые и магнитомягкие материалы. Ферриты. Материалы для магнитной записи информации.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п
|
Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин
|
№ разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
|
1
|
2
|
3
|
|
1.
|
Физика конденсированного состояния
|
+
|
|
|
|
2.
|
Физическая химия материалов и процессов электронной техники
|
+
|
+
|
+
|
|
3.
|
Физические основы электроники
|
+
|
+
|
+
|
+
|
4.
|
Наноэлектроника
|
|
+
|
+
|
+
|
5.
|
Основы технологии электронной компонентной базы
|
|
+
|
+
|
+
|
6.
|
Технология материалов твердотельной электроники
|
|
+
|
+
|
+
|
7.
|
Технология тонких пленок и покрытий
|
|
+
|
+
|
|
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п
|
Наименование раздела дисциплины
|
Лекции
|
Практ.
зан.
|
Лаб.
зан.
|
Семин
|
СРС
|
Всего
час.
|
1.
|
Общие сведения о материалах электронной техники
|
6
|
2
|
2
|
-
|
20
|
30
|
2.
|
Проводники
|
8
|
4
|
4
|
-
|
24
|
40
|
3.
|
Полупроводники
|
10
|
6
|
8
|
-
|
34
|
58
|
4.
|
Диэлектрики и магнитные материалы
|
10
|
4
|
4
|
-
|
34
|
52
|
6. Лабораторный практикум
Модуль 1. Лабораторные занятия: 2 часа.
- определение кристаллографической ориентации полупроводниковых пластин металлографическим методом;
- определение плотности дислокаций в монокристаллической пластине методом селективного травления;
Примечание: выполняется одна работа из приведенного выше списка.
Модуль 2. Лабораторные занятия: 4 часа.
- определение удельного сопротивления и температурного коэффициента сопротивления проводников;
-исследование термоэлектрических явлений в проводниках;
-определение толщины и удельного сопротивления тонких пленок металлов;
Примечание: выполняется одна работа из приведенного выше списка.
Модуль 3. Лабораторные занятия 8 часов.
- определение ширины запрещенной зоны полупроводника по температурной зависимости электропроводности;
- определение удельного сопротивления полупроводника четырехзондовым методом; определение типа проводимости полупроводника по знаку термо-эдс;
- исследование эффекта Холла в полупроводниках;
- определение времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках;
Примечание: выполняется две работы из приведенного выше списка.
Модуль 4. Лабораторные занятия 4 часа.
- определение диэлектрической проницаемости диэлектриков;
- определение тангенса угла диэлектрических потерь материалов;
- исследование оптических характеристик стекол;
- исследование магнитных свойств ферромагнетиков;
Примечание: выполняется одна работа из приведенного выше списка.
Практические занятия (семинары)
Модуль 1. Тематика практических занятий. Трудоемкость 2 часа.
- оценка характеристик монокристаллов: межатомных и межплоскостных расстояний, объемной и поверхностной плотности частиц; плотности материала по параметрам элементарной ячейки.
Модуль 2. Тематика практических занятий. Трудоемкость 4 часа.
- электрические свойства металлов и сплавов, температурная зависимость электропроводности, термоЭДС в металлах и термопары.
Модуль 3. Тематика практических занятий. Трудоемкость 6 часов.
- электрические свойства собственных и примесных полупроводников, температурные зависимости равновесных концентраций носителей заряда, положения уровня Ферми, удельной электропроводности;
- генерация неравновесных носителей заряда под действием света, кинетика рекомбинации неравновесных носителей, понятие о диффузионной длине носителей заряда;
- свойства и применение полупроводниковых соединений и твердых растворов на их основе;
Модуль 4. Тематика практических занятий. Трудоемкость 4 часа.
- электрические свойства пассивных диэлектриков; свойства и применение активных диэлектриков;
-- свойства и применение магнитных материалов;
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Курсовые проекты или работы данной дисциплине не планируются
9. Образовательные технологии и методические рекомендации по организации изучения дисциплины
Чтение лекций по данной дисциплине проводится с использованием мультимедийных презентаций. Презентация позволяет преподавателю четко структурировать материал лекции, экономить время, затрачиваемое на рисование на доске схем, написание формул и других сложных объектов, что дает возможность увеличить объем излагаемого материала. Кроме того, презентация позволяет очень хорошо иллюстрировать лекцию не только схемами и рисунками которые есть в учебном пособии, но и полноцветными фотографиями, рисунками, портретами ученых и т.д. Электронная презентация позволяет отобразить физические и химические процессы в динамике, что позволяет улучшить восприятие материала. Студентам предоставляется возможность копирования презентаций для самоподготовки и подготовки к экзамену.
Поскольку лекции читаются для одной группы студентов (20 – 25 чел.) непосредственно в аудитории контролируется усвоение материала основной массой студентов путем тестирования по отдельным модулям дисциплины.
При работе в малоконтингентной группе, сформированной из достаточно успешных студентов, целесообразно использовать диалоговую форму ведения лекций с использованием элементов практических занятий, постановкой и решением проблемных задач и т.д. В рамках лекционных занятий можно заслушать и обсудить подготовленные студентами рефераты.
При проведении практических занятий преподавателю рекомендуется не менее 1 часа из двух (50% времени) отводить на самостоятельное решение задач. Практические занятия целесообразно строить следующим образом:
Вводная преподавателя (цели занятия, основные вопросы, которые должны быть рассмотрены).
Беглый опрос.
Решение 1-2 типовых задач у доски.
Самостоятельное решение задач.
Разбор типовых ошибок при решении (в конце текущего занятия или в начале следующего).
Для проведения занятий необходимо иметь большой банк заданий и задач для самостоятельного решения, причем эти задания могут быть дифференцированы по степени сложности. В зависимости от дисциплины или от ее раздела можно использовать два пути:
Давать определенное количество задач для самостоятельного решения, равных по трудности, а оценку ставить за количество решенных за определенное время задач.
Выдавать задания с задачами разной трудности и оценку ставить за трудность решенной задачи.
По результатам самостоятельного решения задач следует выставлять по каждому занятию оценку. Оценка предварительной подготовки студента к практическому занятию может быть сделана путем экспресс-тестирования (тестовые задания закрытой формы) в течение 5 - 10 минут. Таким образом, при интенсивной работе можно на каждом занятии каждому студенту поставить по крайней мере две оценки.
По материалам модуля или раздела целесообразно выдавать студенту домашнее задание и на последнем практическом занятии по разделу или модулю подвести итоги его изучения (например, провести контрольную работу в целом по модулю), обсудить оценки каждого студента, выдать дополнительные задания тем студентам, которые хотят повысить оценку за текущую работу.
При проведении лабораторного практикума необходимо создать условия для максимально самостоятельного выполнения лабораторных работ. Поэтому при проведении лабораторного занятия рекомендуется:
Провести экспресс-опрос (устно или в тестовой форме) по теоретическому материалу, необходимому для выполнения работы (с оценкой).
Проверить план выполнения лабораторной работы, подготовленный студентом дома (с оценкой).
Оценить работу студента в лаборатории и полученные им данные (оценка).
Проверить и выставить оценку за отчет.
Любая лабораторная работа должна включать глубокую самостоятельную проработку теоретического материала, изучение методик проведения и планирование эксперимента, освоение измерительных средств и процедур измерений, обработку и интерпретацию экспериментальных данных. При этом часть работ может не носить обязательный характер, а выполняться в рамках самостоятельной работы по курсу. В ряд работ целесообразно включить разделы с дополнительными элементами научных исследований, которые потребуют углубленной самостоятельной проработки теоретического материала.
При организации внеаудиторной самостоятельной работы по дисциплине рекомендуется использовать следующие ее формы:
подготовка и написание рефератов, докладов, очерков и других письменных работ на заданные темы.
выполнение домашних заданий разнообразного характера: решение задач; подбор и изучение литературных источников; подбор иллюстративного и описательного материала по отдельным разделам курса в сети Интернет.
выполнение индивидуальных заданий, направленных на развитие у студентов самостоятельности и инициативы.
Индивидуальное задание может получать как каждый студент, так и часть студентов группы.
10. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Всего по текущей работе студент может набрать 50 баллов, в том числе:
- лабораторные работы - 28 баллов;
- практические занятия – 8 баллов;
- контрольные работы по каждому модулю – всего 8 баллов;
- домашнее задание или реферат – 6 баллов.
Зачет проставляется автоматически, если студент набрал по текущей работе не менее 26 баллов. Минимальное количество баллов по каждому из видов текущей работы составляет половину от максимального.
Для самостоятельной работы используются вопросы, задания и задачи, приведенные в перечисленных ниже учебных пособиях:
1. Титов В.А., Рыбкин В.В., Соколов В.Ф. Электронное материаловедение. Иваново, 2003. 107 с.
2. Антипов Б.Л. Материалы электронной техники: Задачи и вопросы. - СПб.: Лань, 2001. - 208 с.
3. Антипов Б.Л. и др. Материалы электронной техники: Задачи и вопросы :Учеб. пособие для вузов / Антипов Б.Л., В.С. Сорокин, В.А.Терехов; М.: Высшая школа, 1990. - 208 с. |
