Скачать 172.85 Kb.
|
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет» Физический факультет «Совершенствование системы подготовки научно-педагогических кадров» УТВЕРЖДАЮ Программа краткосрочного повышения квалификации преподавателей и научных работников высшей школы по направлению «Проблемы подготовки кадров по приоритетным направлениям науки, техники, сервиса и других сфер, относящихся к национальным интересам России» на базе учебного курса “ Электронные свойства органических полупроводников ” Цель: Целью изучения курса является получение новых фундаментальных знаний и практических навыков в области физики и химии органических полупроводниковых материалов. Категория слушателей: преподаватели и научные работники высшей школы Срок обучения: _36 часов_______________________________________ Форма обучения: _с частичным отрывом от работы________________ Режим занятий: _8 часов в день_________________________________ Целью изучения курса является получение новых фундаментальных знаний и практических навыков в области физики и химии органических полупроводниковых материалов. Задачи курса состоят в изучении особенностей межмолекулярного взаимодействия и структуры органических полупроводников, особенностей электронных состояний в органических полупроводниках, механизмов движения носителей заряда в органических полупроводниках. Практическая часть задач состоит в получении навыков по приготовлению тонкопленочных структур на основе органических полупроводниковых материалов и исследованию их электрофизических характеристик. Требования к уровню освоения учебного курса Преподаватели должны:
Научные работники должны:
Учебный курс «Сканирующая зондовая микроскопия органических молекулярных материалов» состоит из дистанционной и очной частей. Дистанционная часть учебного образовательного курса обеспечивает слушателя необходимым объёмом знаний по выбранной тематике, включая подготовку слушателя к проведению лабораторного практикума. Задача дистанционной составляющей учебного курса – подготовить слушателя к очному посещению лаборатории Электроники поверхности твердого тела на Физическом факультете Санкт-Петербургского Государственного Университета. Дистанционная (теоретическая) часть учебного курса состоит из пяти лекций: Лекция 1. Введение. Сопряженные органические молекулы и органические полупроводниковые материалыАроматические молекулы и гетероциклические соединения, формирующие органические твердые тела. Обобществление Пи- электронов: результаты расчетов для молекулы антрацена. Наиболее важные виды полупроводниковых органических материаловЛекция 2. Межмолекулярное взаимодействие и структура органических полупроводников.Виды межмолекулярного взаимодействия характерные для различных видов органических кристаллов. Структура органических кристаллов на основе неполярных молекул. Структура органических кристаллов на основе молекул полярными заместителями и кристаллов на основе комплексов переноса заряда.Лекция 3. Особенности электронных состояний в органических полупроводниках.Решения уравнения Шредингера в модели свободных электронов. Решение уравнения Шредингера для кристалла в приближении слабой связи электрона с ионным остовом. Решение уравнения Шредингера для кристалла в приближении сильной связи электрона с ионным остовом. Длина свободного пробега электрона. Применимость модели обобществленных электронов. Отклонение кристаллического потенциала от периодического и интеграл взаимодействия.Лекция 4. Электропроводность органических полупроводников.Плотность состояний в неупорядоченных твердых телах. Особенности механизмов электропроводности в органических полупроводниках. Особенности проводимости по локализованным состояниям. Особенности проводимости по делокализованным состояниям.Сравнение температурных зависимостей электропроводности в случаях прыжкового и когерентного транспорта носителей.Лекция. 5. Механизмы движения носителей заряда в органических полупроводниках.Температурная зависимость подвижности носителей заряда. Носители заряда и уровни транспорта в органическом полупроводнике. Влияние дефектов и напряженности электрического поля на подвижность носителей заряда в органических кристаллах. Прыжковый механизм движения носителей заряда. Модель Басслера. Температурная зависимость подвижности и зависимость подвижности от приложенного электрического поля по модели Басслера.Очная (экспериментальная) часть учебного курса заключается в получении практических навыков по проведению СЗМ измерений на поверхности полимерных структур и обработке полученных СЗМ изображений. Основные задания лабораторного практикума следующие. Лабораторная работа 1. Электрофизические свойства тонкопленочных структур на основе полупроводниковых органических материалов. Цель работы: получение практических навыков по приготовлению тонкопленочных структур на основе органических полупроводниковых материалов и исследование их электрофизических характеристик. Методические рекомендации по реализации учебной программы На дистанционную, очную часть учебного курса и самостоятельную работу отводится 10, 15 и 11 часов, соответственно. Полное содержание лекций в электронной дистанционной части учебного курса находится на сайте www.nanoobr.ru. Для контроля степени освоения теоретической части учебного курса (лекций) используются тестовые вопросы для самопроверки и контрольные вопросы. Тестовые вопросы к курсу «Сканирующая зондовая микроскопия органических молекулярных материалов» Лекция 1. Введение. Сопряженные органические молекулы и органические полупроводниковые материалыВопрос 1. Чем сформированы органические твердые тела? Ответ 1.1. Молекулами или ионами углерода. Ответ 1.2. Молекулами или их ионами, относящимися к области органической химии. Ответ 1.3. Циклическими органическими молекулами Вопрос 2. Как сдвигаются области поглощения при изменении размеров области сопряжения в серии молекул нафталина, антрацена, тетрацена и петнацена? Ответ 2.1. Области поглощения сдвигаются в направлении увеличения длины волны при увеличении длины области сопряжения. Ответ 2.2. Области поглощения сдвигаются в направлении уменьшения длины волны при увеличении длины области сопряжения. Ответ 2.3. Размер области сопряжения в выбранной серии молекул практически неизменен. Вопрос 3. Могут ли гетероциклические соединения, содержащие N, O, S – атомы, формировать органические твердые тела? Ответ 3.1. Да, могут. Ответ 3.2. Гетероциклические соединения, формирующие органические твердые тела, содержат только N и O атомы, помимо углерода и водорода. Ответ 3.3. Нет, не могут Вопрос 4. Как связаны обобществление Пи- электронов и перекрытие pz орбиталей соседних атомов углерода в органических молекулах? Ответ 4.1. Перекрытие pz орбиталей приводит только к перераспределению Пи-электронов на LUMO орбитали. Ответ 4.2. Обобществление Пи- электронов можно представить как перекрытие pz орбиталей соседних атомов углерода. Ответ 4.3.. Перекрытие pz орбиталей не влияет на распределение Пи-электронов Вопрос 5. Являются ли сильные донорно-акцепторные комплексы, полярные в основном состоянии, видом полупроводниковых органических материалов? Ответ 5.1. Да, являются. Ответ 5.2. Нет. Это справедливо только лишь для слабых донорно-акцепторных комплексов, неполярных в основном состоянии. Ответ 5.3. Донорно-акцепторные комплексы, в отличие от ароматических углеводородов, не могут формировать полупроводниковые органические материалы. Лекция 2. Межмолекулярное взаимодействие и структура органических полупроводников.Вопрос 1. Для кристаллов на основе неполярных молекул межмолекулярное притяжение определяется следующим. Ответ 1.1. Притяжение определяется дисперсионным взаимодействием. Ответ 1.2. Тем, что энергия возрастает с уменьшением расстояния r как 1/r12 Ответ 1.3. Формированием ковалентных связей между наиболее химически активными атомами соседних молекул. Вопрос 2. Кристаллическая структура нафталина, антрацена следующая. Ответ 2.1. Моноклинная Ответ 2.2. Кубическая Ответ 2.3. Триклинная и при этом узлы атомной решетки представлены димерами. Вопрос 3. Из скольких молекул состоят примитивные ячейки кристаллов перилена? Ответ 3.1.2 молекулы Ответ 3.2. 8 млдекуд Ответ 3.3. Возможные варианты: 2 и 4 молекулы Вопрос 4. Какова характерная структура органических кристаллов Д-А комплексов? Ответ 4.1. Кристаллы сильных Д-А комплексов имеют стопочную структуру, а кристаллы слабых Д-А комплексов имеют вид herringbone. Ответ 4.2. Кристаллы Д-А комплексов имеют стопочную структуру. Ответ 4.3. Кристаллы слабых Д-А комплексов имеют стопочную структуру, а кристаллы сильных Д-А комплексов имеют вид herringbone. Вопрос 5. Структура кристалла на основе молекул с полярными заместителями 1,4-dibromo-naphthalene следующая. Ответ 5.1.Моноклинная с 8 молекулами в примитивной ячейке. Ответ 5.2. Триклинная с 1 молекулой в примитивной ячейке. Ответ 5.3. Наблюдаются два вида структуры: α фаза - 4 молекулы в примитивной ячейке и β фаза - 2 молекулы в примитивной ячейке. Лекция 3. Особенности электронных состояний в органических полупроводниках.Вопрос 1. В модели свободных электронов энергия свободных электронов зависит от волнового вектора (k) следующим образом. Ответ 1.1. Энергия свободных электронов - квадратичная функция волнового вектора (k) Ответ 1.2. Энергия свободных электронов представляет собой две волны для электронов, движущихся в направлении +x и –x. 1.3. Энергия свободных электронов – обратная функция волнового вектора (k) Вопрос 2. При каких значениях волнового вектора (k) расположены точки разрыва зависимости E(k) в приближении слабой связи электрона с ионным остовом. Ответ 2.1. При значениях, кратных 2/a, где а – расстояние между соседними узлами в выбранном направлении. Ответ 2.2. При значениях, кратных /a, где а – расстояние между соседними узлами в выбранном направлении. Ответ 2.3. При значениях, соответствующих запрещенным энергетическим зонам (k). Вопрос 3. Для зависимости E(k) в приближении сильной связи справедливо. Ответ 3.1. Атомные уровни расщепляются в зону, где энергия E - периодическая функция от (k). Ответ 3.2. Значения интеграла взаимодействия больше для низколежащих зон, поэтому все изменения атомных уровней –сдвиг и расщепление- для них сильнее выражены. Ответ 3.3. Ширина зоны пропорциональна интергалу перекрытия электронных оболочек соседних атомов. Вопрос 4. Каково условие примости модели движения электронов по обобществленным энергетическим уровням? Ответ 4.1. Подвижность носителей заряда должна быть не меньше 10 см2/В/с. Ответ 4.2. Длина свободного пробега L больше параметра решетки а Ответ 4.3. Длина свободного пробега L не должна быть меньше 1 нм. Вопрос 5. Критерий локализации Андерсона для двумерной структуры следующий (имеем в виду обозначения: А- интеграл взаимодействия, Vo – пределы отклонения энергий узлов решетки о средних значений) Ответ 5.1. Vo/A >10 Ответ 5.2. Vo/A >5 Ответ 5.3. В двумерной структуре все состояния локализованы при нарушении периодичности. Лекция 4. Электропроводность органических полупроводников.Вопрос 1. Энергии Eа и Eb в модели Мотта-Дэвиса (Рис.4.1) определяют следующее. Ответ 1.1. Границы “хвостов” плотности локализованных состояний в запрещенной зоне. Ответ 1.2. Четкие границы энергетических зон проводимости и валентной. Соответственно Ответ 1.3. Границу между локализованными и делокализованными состояниями в зонах. Вопрос 2. Название HOMO (highest occupied molecular orbital) в органических полупроводниках соответствует следующему. Ответ 2.1. Энергетическому положению уровня границы зоны проводимости. Ответ 2.2. Расположению пика плотности состояний в окрестности уровня Ферми ЕF. Ответ 2.3. Энергетическому положению уровня границы валентной зоны. Вопрос 3. Условия для реализации прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка по энергетическим состояниям вблизи EF следующие. Ответ 3.1. Выполнение условия qRE << kT, где q - модуль заряда электрона, R - средняя длина прыжка, E - напряженность электрического поля. Ответ 3.2. Ненулевая плотность электронных состояний вблизи уровня Ферми, низкотемпературные условия (менее 250 К). Ответ 3.3. Значительный разброс расстояний между соседними молекулами. Вопрос 4. В случае прыжковой проводимости по локализованным состояниям вблизи краев энергетических зон прыжки между ближайшими соседями помеханизму Миллера-Абрахамса: Ответ 4.1. Не будут давать вклад в проводимость Ответ 4.2. Являются основным механизмом проводимости Ответ 4.3. Наблюдаются наравне с проводимостью с переменной длиной прыжка. Вопрос 5. Наклон зависимости ln от 1/Т в случае проводимости по локализованным состояниям на границе энергетических зон следующий. Ответ 5.1. Eс-EF Ответ 5.2. (–1)*(Ea-EF+w1), где w1- средняя энергия активации прыжков. Ответ 5.3. (–1)*Т в степени 3/4 Лекция. 5. Механизмы движения носителей заряда в органических полупроводниках.Вопрос 1. Для зависимости μ(Т) в кристалле перилена (Рис.5.1) справедливо следующее. Ответ 1.1. При 30 K < T < 300 K μ растет с ростом температуры. Ответ 1.2. μ уменьшается с температурой приблизительно от 100 cm2/Vs до 1 cm2/Vs Ответ 1.3. При 30 K < T < 300 K μ уменьшается с ростом температуры приблизительно от 100 cm2/Vs до 1 cm2/Vs Вопрос 2. Электронная поляризация среды в органическом материале - Ответ 2.1. следует за электроном или дыркой Ответ 2.2. движется в направлении, обратном движению электрона или дырки Ответ 2.3. отсутствует, так как материал в целом нейтрален. Вопрос 3. Среди материалов: Naphthalene, Anthracene, Tetracene, Pentacene, Perylene – наименьшим значением ширины запрещенной зоны обладает Ответ 3.1. Tetracene Ответ 3.2. Perylene Ответ 3.3. Pentacene Вопрос 4. Как изменяется подвижность носителей m при увеличении напряженности электрического поля F в органических материалах с учетом модели Шокли? Ответ 4.1. m уменьшается при увеличении напряженности электрического поля F. Ответ 4.2. m растет сублинейно при увеличении напряженности электрического поля F. Ответ 4.3. m практически не зависит от напряженности электрического поля F. Вопрос 5. Если экспериментальная зависимость (Т) соответствует выражению для модели Басслера, то можно определить следующее. Ответ 5.1. ширину распределения локализованных состояний Ответ 5.2. среднюю глубину залегания локализованных состояний Ответ 5.3. среднее значение расстояния между соседними сайтами, по которым происходят прыжки. Контрольные вопросы для проверки материала Вопросы к Лекции 1. Введение. Сопряженные органические молекулы и органические полупроводниковые материалы.
Вопросы к Лекции 2. Межмолекулярное взаимодействие и структура органических полупроводников.
Вопросы к Лекции 3. Особенности электронных состояний в органических полупроводниках.
Вопросы к Лекции 4. Электропроводность органических полупроводников.
Вопросы к Лекции 5. Механизмы движения носителей заряда в органических полупроводниках.
В конце очной части учебного курса слушатели готовят отчеты по темам контрольных рефератов, которые используются для контроля степени усвоения всего учебного курса на базе экспериментальных результатов и их обработки с применением знаний из дистанционной части курса. Темы контрольных рефератов по курсу “ Электронные свойства органических полупроводников ”
Учебно-тематический план
Список литературы (основной и дополнительной), а также других видов учебно-методологических материалов и пособий, необходимых для изучения (конспектов лекций, видеолекций, лазерных дисков и др.). Список литературы и др. дополнительных источников информации. Основная литература
Дополнительная литература
Полное содержание лекций в электронной дистанционной части учебного курса на сайте www.nanoobr.ru |
Программа повышения квалификации профессорско-преподавательского... «Проблемы подготовки кадров по приоритетным направлениям науки, техники, критическим технологиям, сервиса и других сфер, относящихся... | Гоу впо «южно-уральский государственный университет» «Проблемы подготовки кадров по приоритетным направлениям науки, техники, критическим технологиям, сервиса» | ||
Конференций «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Минобрнауки России от 19. 11. 2013 г. №1259; с Федеральными государственными стандартами высшего образования по направлениям подготовки... | ||
Программа вступительного экзамена в аспирантуру по направлению подготовки... Направление подготовки кадров высшей квалификации по программе подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре | Программа вступительного экзамена в аспирантуру по направлению подготовки... Направление подготовки кадров высшей квалификации по программе подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре | ||
Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Пособие предназначено для студентов высшей школы экономики и менеджмента, слушателей курсов профессиональной подготовки и переподготовки... | Рабочей программы дисциплины философские проблемы науки и техники... Цель теоретического курса «Философские проблемы науки и техники» изучить проблему возникновения науки и техники и основные стадии... | ||
«Модернизация системы подготовки, переподготовки и повышения квалификации... Нной политики в области образования. Ведь от уровня профессиональных компетенций руководителей и педагогов зависит результативность... | Отчет о научно-исследовательской работе по проекту: Исследование... «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма «Топливо и энергетика», раздел «Поиск,... | ||
Аннотация основной профессиональной образовательной программмы высшего... Специальности 31. 08. 51 «Фтизиатрия». Опоп составлена на основании Приказа Минобрнауки России от 25 августа 2014 n 1094 "Об утверждении... | Основная образовательная программа высшего образования программа... Неврология разработана в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования 31. 08. 42 Неврология... | ||
Программа вступительного экзамена в аспирантуру составлена в соответствии... Направление подготовки кадров высшей квалификации по программе подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре | Владивостокский государственный университет экономики и сервиса Департамент... Этот тип исследований основывается на изучении учебной и периодической литературы. Главным условием работы над темой является полная... | ||
Уроки (классно-урочная форма) Этому способствовала так же работа в различных формах повышения квалификации педагогов, развитие практических умений и навыков учащихся... | Публичный отчет за 2012-2013 учебный год Этому способствовала так же работа в различных формах повышения квалификации педагогов, развитие практических умений и навыков учащихся... |