7.Общая трудоемкость производственной практики – 18 з.е. (12 недель, 648 часов).
8.Формы контроля.
Текущая аттестация в соответствии с Положением о балльно-рейтинго-вой оценке успешности обучения студентов КБГУ.
Промежуточная аттестация –дифференцированный зачет.
9.Составитель.
Авторы: профессор кафедры физических основ микро- и наноэлектроники КБГУ Шебзухов А.А.,
доцент кафедры физических основ микро- и наноэлектроники КБГУ Гонов С.Ж.
Приложение 6
Фонды оценочных средств для проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации
Темы лекции по дисциплине «Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники»Тема 1. Квантовые основы современной электроники и наноэлектроники
Лекция 1 Квантоворазмерный эффект, интерференционные эффекты, туннелирование.
Лекция 2. Квантоворазмерные структуры. Квантовые ямы, квантовые нити и квантовые точки.
Тема 2. Технология тонких пленок и многослойных структур
Лекция 3.Полупроводниковые сверхрешетки. Способы создания периодического потенциала сверхрешетки.Структуры с двумерным электронным газом.
Лекция 4. Механизмы эпитаксиального роста тонких пленок. Молекулярно-лучевая эпитаксия. Жидкофазная эпитаксия. Жидкофазная эпитаксия из метало-органическихсодинений.
Тема3. Применения лазерных технологий синтезатонких наноразмерных пленок
Лекция 5. Технологические процессы лазерной обработки полупроводниковых материалов.Лазерно –вакуумная эпитаксия тонких наноразмерных пленок.
Лекция 6. Особенности лазерного напыления тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников.
Тема4. Плазмохимическое и ионно- химическое травление в технологии наноэлектроники
Лекция 7.Формирование химически активной плазмы. Механизмыплазмохимического и ионно- химическое травление в технологии наноэлектроники.
Лекции8. Проблемы создания элементов топологии интегральных схем с помощью плазмохимического травления.
Тема 5.Углеродные наноматериалы
Лекция 9. Углеродные наноматериалы. Общие свойства углеродных модификаций.
Лекция 10.Получение углеродныхнанотрубок.Автоэмиссионные катоды на основе углеродныхнантрубок.
Приложение 7
Итоговая государственная аттестация выпускников магистерской программы
Требования к итоговой государственной аттестации МАГИСТРА
Итоговая государственная аттестация магистра включает в себя защиту выпускной квалификационной работы и государственный экзамен.
Итоговые аттестационные испытания предназначены для определения практической и теоретической подготовленности магистра к выполнению профессиональных задач, установленных настоящим государственным образовательным стандартом.
Аттестационные испытания, входящие в состав итоговой государственной аттестации выпускника, должны полностью соответствовать основной образовательной программе высшего профессионального образования, которую он освоил за время обучения.
2. Требования государственного образовательного стандарта с учетом квалификационной характеристики
Область профессиональной деятельности выпускника включает в себя совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, направленной на исследование, моделирование, разработку, производство и эксплуатацию материалов, компонентов наносистемной техники, разработку и применение процессов нанотехнологии и методов нанодиагностики.
Объектами профессиональной деятельности выпускника в зависимости от содержания образовательной программы подготовки (магистерской специализации) являются наноматериалы и компоненты наносистемной техники; приборы, устройства, механизмы, машины на их основе; процессы нанотехнологии; методы нанодиагностики; аппаратные и программные средства для моделирования, проектирования, получения и исследования наноматериалов и компонентов наносистемной техники; алгоритмы решения научно-исследовательских и производственных задач, относящихся к профессиональной сфере.
Магистр подготовлен к деятельности, требующей углубленной фундаментальной и профессиональной подготовки, в том числе к научно-исследовательской работе; при условиии освоения соответствующей образовательно-профессиональной программы педагогического профиля - к педагогической деятельности.
Магистр по направлению подготовки «Нанотехнология» в соответствии с фундаментальной и специальной подготовкой может выполнять следующие виды деятельности:
научно-исследовательская;
проектно-конструкторская;
производственно-технологическая;
эксплуатационная;
организационно-управленческая.
Магистр должен знать:
постановления, распоряжения, приказы, методические и нормативные материалы по своей профессиональной деятельности;
специальную научно-техническую и патентную литературу по тематике исследований и разработок;
информационные технологии в научных исследованиях и программные продукты, относящиеся к профессиональной сфере;
методы исследования и проведение экспериментальных работ;
методы анализа и обработки экспериментальных данных;
физические и математические модели основных процессов и явлений, относящихся к исследуемым объектам;
современные средства вычислительной техники, коммуникации и связи;
технические характеристики и экономические показатели отечественных и зарубежных разработок в области электронного материаловедения, элементной базы электронной техники и электронного приборостроения;
порядок и методы проведения патентных исследований
методики оценки технико-экономической эффективности научных и технических разработок;
основы экономики, организации труда и управления коллективом;
основы трудового законодательства
действующие стандарты и технические условия, положения и инструкции по эксплуатации исследовательского оборудования, программам испытаний, оформлению технической документации;
формы организации образовательной и научной деятельности в высших учебных заведениях.
3. требования к профессиональной подготовленности МАГИСТРА
Требования, обусловленные специализированной подготовкой магистра, включают владение:
навыками самостоятельной научно-исследовательской и педагогической деятельности;
методами исследования, проектирования и применения наноматериалов, компонентов наносистемной техники, процессов нанотехнологии и методов нанодиагностики;
методами и средствами компьютерного моделирования физических процессов и явлений в объектах нанотехнологии и диагностики;
информационными и телекоммуникационными технологиями в образовании и науке;
умение:
формулировать и решать задачи, возникающие в ходе научно-исследовательской и педагогической деятельности, и требующие углубленных профессиональных знаний;
выбирать необходимые методы исследования, расчета и конструирования наноматериалов и компонентов наносистемной техники, исходя из контретных задач;
обобщать и отрабатывать полученные результаты, анализировать и осмысливать их с учетом литературных данных;
вести библиографическую работу с привлечением современных информационных технологий;
представлять итоги проделанной работы в виде отчетов, обзоров, докладов, рефератов и статей, оформленных в соответствии с общепринятыми нормами, с привлечением современных средств редактирования и печати;
использовать математический аппарат и численные методы, физические и математические физико-химические модели процессов и явлений, лежащих в основе синтеза и анализа наноматериалов и компонентов наносистемной техники;
ориентироваться в номенклатуре совменныхнаноматериалов и компонентов наносистемной техники типовых технологических и контрольно-измерительных процессах;
применять типовые программные продукты, ориентированные на решение научных, проектных и производственных задач нанотехнологии и нанодиагностики;
использовать новые физические явления и физико-химические процессы для создания перспективных материалов, приборов, устройств, механизмов и машин;
вести библиографическую работу с привлечением современных информационных технологий;
представлять итоги проделанной работы в виде отчетов, рнфератов, статей, оформленных в соответствии с имеющимися требованиями, с привлечением современных средств редактирования и печати.
4. Цель и программа государственного междисциплинарного экзамена
Целью итогового государственного междисциплинарного экзамена является установление уровня практической и теоретической подготовки выпускника по направлению 210600.68 – нанотехнология /Магистерская программа «Физика наносистем»/ к выполнению профессиональных задач и соответствие его подготовки требованиям государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.
Итоговый государственный междисциплинарный экзамен является заключительным этапом подготовки магистра, преследующий оценку теоретических и практических знаний и подготовленность магистра к профессиональной деятельности.
Данная программа составлена в соответствии с примерной программой, разработанной департаментом образовательных программ и стандартов профессионального образования министерства образования Российской Федерации.
В основу программы положены две дисциплины направления:
современные проблемы электроники;
компьютерные технологии в науке и производстве;
и три специальные дисциплины государственного образовательного стандарта:
наноструктурная физика;
физика наноконтактов;
кинетические явления в наноструктурах
Согласно этой программы составлены билеты государственного экзамена в соответствии с вышеуказанными дисциплинами, ответ на любой билет которого, несомненно, даст целостное представление об уровне фундаментальной, общепрофессиональной и специальной подготовки магистра техники и технологии.
5. ДИСЦИПЛИНЫ НАПРАВЛЕНИЯ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ, ВКЛЮЧЕННЫЕ В ПРОГРАММУ ГОСУДАРСТВЕННОГО МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО ЭКЗАМЕНА И ИХ СОДЕРЖАНИЯ
5.1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИН
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
Молекулярно-лучевая эпитаксия, электронно- и ионно- лучевые технологии; проблемы поверхностей и межфазных границ; высокотемпературная полупроводниковая электроника; высокотемпературная сверхпроводимость; полупроводниковые приборы, использующие эффект размерного квантования; инжекционные гетеролазеры; микроволновые и оптоэлектронные системы телекоммуникаций; проблемы современной электроники больших мощностей; микроволновые технологические и энергетические системы.
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НАУКЕ И ПРОИЗВОДСТВЕ
Локальные компьютерные сети, технологии и организация доступа; глобальные компьютерные сети, принципы построения и организация ресурсов и служб; протоколы коммуникаций; электронная почта и ее компоненты; поиск научно-технической информации в Интернет, информационные ресурсы; гипертекст и гиперссылки; язык HTML; гипермедиа, аудио, видео; распределенные базы данных; технология клиент-сервер; интеграция ресурсов Интернет с распределенными базами данных; дистанционное обучение, технологии и средства; видеоконференции.
НАНОСТРУКТУРНАЯ ФИЗИКА
Квантовая яма (КЯ) на основе двойной гетероструктуры (ГС). Уравнение Шредингера. Огибающие волновые функции. Граничные условия для огибающих волновых функций на гетерогранице. Энергетический спектр и плотность состояний двумерного электронного газа. Статистика носителей заряда в КЯ. Экситоны в КЯ. Композиционные сверхрешетки (СР). Понятие о гетеропереходе (ГП). Идеальный ГП. Основные параметры ГП. Разрыв энергетических зон в ГП, согласование зон в ГП I и II типа. Изотипный и анизотипный ГП, зонные диаграммы. Реальные ГП. Образование переходных областей. Поверхностные состояния на границе раздела в ГП. Уравнение Шредингера, волновые функции, энергетический спектр, плотность состояний и статистика носителей заряда в одномерных и нуль-мерных КРС (квантовых нитях и квантовых точках). Другие виды КРС. P-n сверхрешетки. Дельта-легированные слои и сверхрешетки. МДП-структуры на основе Si/SiO2. Электронные свойства квантоворазмерныхструктур.Электронные и дырочные уровни в прямоугольной КЯ. Структура валентной зоны КЯ. Приближение эффективной массы. k-p замешивание. Гамильтониан Люттингера. Модель Кейна. Влияние упругих напряжений в псевдоморфной КЯ на зонную структуру. Экситоны в КЯ. Треугольная КЯ. Уравнение Шредингера в треугольной КЯ. Огибающие волновые функции. Одиночный изотипный гетеропереход. Расчет зонной диаграммы изотипного ГП с учетом размерного квантования. Модуляционно-легированные ГС и СР.Размерное квантование в МДП структурах на основе Si/SiO2. Перенос носителей заряда в двумернойподзоне (продольный транспорт). Подвижность носителей в двумерном канале. Двумерные фононы, фононная зонная инженерия. Транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT), преимущества по сравнению с полевыми транзисторами на основе р-n переходов и барьеров Шоттки. Эффекты разогрева носителей при продольном транспорте. Лазер на горячих электронах. Продольный транспорт в квантующем магнитном поле. Уровни Ландау. Плотность состояний. Продольное, поперечное магнетосопротивление. Эффект Шубникова-де Гааза. Квантовый эффект Холла. Скримионы и композитные фермионы. Фундаментальное значение и метрологические применения квантового эффекта Холла. Туннельные структуры, туннельно-связанные КЯ и СР. Двойные симметричные и асимметричные туннельно-связанные КЯ. Расчет энергетического спектра: приближение сильной связи. Энергетический спектр СР: приближение слабой связи. Модель Кронига-Пенни. Блоховский осциллятор. Приближение сильной связи. Минизоны. Электронные свойства СР: поперечный транспорт. Метод матриц переноса. Туннельная прозрачность одиночного и двойного барьера. Резонансное
ФИЗИКА НАНОКОНТАКТОВ
Устройство и принципы функционирования наноинденторов и профилометров. Зависимости сила –перемещение. Контактная жесткость. Статические и динамические модули упругости материалов. Физические эффекты в контактах зонд –образец . Царапание, износ, образование вмятин и точечных дефектов. Смазка поверхности. Поверхностное ориентирование смазочных материалов. Сдвиговое упорядочение в тонких пленках. Химические и трибоэлектрические эффекты. Эмиссия заряженных и нейтральных частиц из зоны контакта. Диссипация энергии в нанотрибоконтактах. Эффект прилипания – скольжения. Катастрофы нормального и латерального движения. «Сухое» (адгезионное) и «мокрое трение» Микроскопические силовые взаимодействия. Поверхностные и адгезионные силы. Консервативные и неконсервативные, контактные и бесконтактные взаимодействия. Статические и динамические силы. Электростатические и магнитостатические силы. Силы Ван –дер –Ваальса. Силы в жидкостях и обусловленные жидкостями. Двойной слой, регуляция заряда и структурные силы. Капиллярные силы. Электромагнитные и флуктуационно- электромагнитные диссипативные силы. Взаимодействие с поверхностью движущихся заряженных частиц, диполей и нейтральных частиц. Нормальные и латеральные силы. Поток тепла через ближнепольные оптические моды. Структурные эффекты и эффекты пространственной дисперсии. Характер возбуждения поверхностных возбуждений и диэлектрические свойства материалов. Диссипация энергии в модуляционном режиме атомно-силовых микроскопов. Модели индентационного и фрикционного движения нанозонда. Граничные условия. Образование и разрыв контактных перемычек. Катастрофы нормального и латерального движения. Осцилляции нормальных и латеральных сил. Роль потенциалов межатомного взаимодействия. Переходы «порядок»- «беспорядок» в наноконтактах. Фононное трение. Генерация фононов в катастрофах латерального и нормального скольжения. Сила фононного трения. Температурные зависимости. Соотношение между фононными и электронными механизмами трения. Статистика множественных микроконтактов. Обоснование макроскопического закона трения Амонтона–Кулона.
КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В НАНОСТРУКТУРАХ
Электронные свойства КН. Баллистический перенос носителей заряда в КН. Квантование сопротивления КН при баллистическом переносе. Особенности процессов переноса и рассеяния для двумерных электронов.Рассеяние на поверхности полупроводников и в тонких пленках: общие представления.Перенос носителей заряда в двумерной подзоне (продольный транспорт). Подвижность носителей в двумерном канале. Двумерные фононы, фононная зонная инженерия. Рассеяние двумерных электронов на ионизованной примеси. Потенциал рассеивающего центра в инверсионном канале при экранировке затвором МДП--структуры. Потенциал рассеивающего центра при экранировке свободными носителями заряда. Формула Резерфорда для рассеяния 2D--электронов на неэкранированном кулоновском потенциале. Дифференциальное сечение рассеяния в борновском приближении. Фононное и surрfonnoe рассеяние. Рассеяние на шероховатостях поверхности. Многоподзонный перенос. Эффекты разогрева.Транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT), преимущества по сравнению с полевыми транзисторами на основе р-n переходов и барьеров Шоттки. Эффекты разогрева носителей при продольном транспорте. Продольный транспорт в квантующем магнитном поле. Уровни Ландау. Плотность состояний. Продольное, поперечное магнетосопротивление. Эффект Шубникова-де Гааза. Квантовый эффект Холла. Скримионы и композитные фермионы. Фундаментальное значение и метрологические применения квантового эффекта Холла. Электронные свойства СР: поперечный транспорт. Метод матриц переноса. Туннельная прозрачность одиночного и двойного барьера. Резонансноетуннелирование, резонансно-туннельный диод. |
