Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Воспитательное мероприятие по теме:   „Поговорим о вежливости”   Цель: 1). Учить детей манерам вежливого тона по отношению к себе, родителям, старшим ...полностью>>
'Программа'
Писатели Восточной Сибири. Хрестоматия для 5-6 классов общеобразова-тельных школ Автор-сост. О.Н. Шакерова – Иркутск: Иркутское книжное издательства, ...полностью>>
'Документ'
Цель КВН – закрепить знание названий пернатых друзей, которые зимуют в нашем городе, уметь различать их по внешнему виду, знать повадки птиц и приспос...полностью>>
'Решение'
Решение: Надо перевести 9C16 +378 в двоичную систему счисления, разложив их по тетрадам для 16-х чисел и по триадам для 8-х чисел: 9C16 - 100 002 и 37...полностью>>

Главная > Программа дисциплины

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Правительство Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"

Московский институт электроники и математики Национального

исследовательского университета "Высшая школа экономики"

Факультет электроники и телекоммуникаций

Программа дисциплины «Методы анализа и контроля

наноструктурированных материалов и систем»

для направления 222900.62 «Нанотехнологии и микросистемная техника » подготовки бакалавра

Автор программы:Смирнов И.С, к.ф.-м.н., доцент ismirnov@

Одобрена на заседании кафедры «Микросистемная техника, материаловедение и технологии» «_8__»__сентября__________ 2014 г

Зав. кафедрой Кулагин В.П.

Рекомендована профессиональной коллегией

УМС по электронике

Председатель С.У. Увайсов

Утверждена Учёным советом МИЭМ

Ученый секретарь В.П. Симонов

Москва, 2014

Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.

1 Область применения и нормативные ссылки

Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности.

Программа разработана в соответствии с :

- Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 222900.62 «Нанотехнологии и микросистемная техника» (профиль «Материалы микро- и наносистемной техники) подготовки бакалавра;

- Рабочим учебным планом университета по направлению 222900.62 «Нанотехнологии и микросистемная техника» подготовки бакалавра, утвержденным в 2014 г.

2. Цели освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Методы анализа и контроля наноструктурированных материалов и систем» является приобретение студентами знаний о методах анализа элементного состава, структуры и геометрических параметрах наноразмерных частиц и материалов. Задачами дисциплины являются: изучение физических основ современных методов анализа элементного состава, структуры и размерных параметров наноматериалов; изучение принципов построения оборудования и экспериментальной реализации этих методов; изучение основных расчетных методик, используемых для анализа экспериментальных данных.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения

дисциплины

В результате изучения дисциплины студент должен:

а) знать:

  • теоретические основы методов изучения элементного состава наноматериалов;

  • теоретические основы методов изучения структуры наноматериалов;

  • теоретические основы методов определения геометрических параметров наночастиц и наноструктур;

  • физические принципы построения и работы оборудования для диагностики наноматериалов;

  • современный научно-технический уровень исследований наноматериалов.

б) уметь:

  • выбрать метод диагностики для определения параметров наночастиц и наноматериалов при решении конкретной практической задачи;

  • применять полученные знания для проведения экспериментальных исследований;

в) владеть

  • навыками обработки полученных экспериментальных данных

В результате освоения дисциплины «Методы анализа и контроля наноструктурированных материалов и систем» студент осваивает следующие компетенции

Компетенция

Код по

ФГОС

Дескрипторы- основные

признаки освоения

(показатели

достижения результата)

Формы и методы

обучения,

способствующие

формированию и

развитию компетенции

Способность владеть культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (формируется частично)

ОК-1

Написание реферата, выступления на семинарах, способность решать типовые задачи , сдача экзамена

Посещений лекций и практических занятий, подготовка реферата, подготовка к выступлению на семинаре

Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (формируется частично)

ОК-10

Способность решать типовые задачи, написание реферата, сдача экзамена

Посещений лекций, подготовка реферата, подготовка к практическим занятиям, подготовка к экзамену

Способность представить адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания

основных положений, законов и методов естественных наук и математики (формируется частично)

ПК-1

Выполнение контрольных работ и домашних заданий, решение задач, написание реферата

Подготовка к практическим занятиям, подготовка реферата

Готовность проводить экспериментальные исследования по синтезу и анализу материалов и компонентов нано- и микросистемной техники (формируется частично)

ПК-10

Самостоятельно проводит экспериментальное исследование (лабораторную работу), анализирует результаты, участвует в дискуссии по их обсуждению

Подготовка и выполнение лабораторных работ, защита результатов

Готовность рассчитывать и моделировать основные параметры наноструктурных материалов, изделий и устройств на их основе, исходя из требуемых характеристик и условий эксплуатации (формируется частично)

ПК-14

Самостоятельное написание реферата, решение задач на практических занятиях, выполнение контрольных работ

Посещений лекций и практических занятий,

подготовка реферата, подготовка к практическим занятиям

Готовность применять знания о фундаментальных основах технологических процессов получения материалов и компонентов нано- и микросистемной техники (формируется частично)

ПК-18

Самостоятельно проводит экспериментальное исследование (лабораторную работу), анализирует результаты, участвует в дискуссии по их обсуждению

Подготовка и выполнение лабораторных работ, защита результатов

4. Место дисциплины в структуре образовательной программы

Для направления 222900.62 «Нанотехнологии и микросистемная техника» (профиль «Материалы нано- и микросистемной техники) подготовки бакалавров дисциплина «Методы анализа и контроля наноструктурированных материалов и систем» является обязательной.

Изучение дисциплины «Методы анализа и контроля наноструктурированных материалов и систем» базируется на следующих дисциплинах:

«Математика», «Физика», «Химия», «Основы кристаллографии и кристаллохимии»

Основные положения дисциплины «Методы анализа и контроля наноструктурированных материалов и систем» используются в дальнейшем при изучении дисциплины «Синхротронное излучение и его применение в микро- и нанотехнологиях», «Специальные вопросы материаловедения низкоразмерных систем», а также при подготовке и выполнении выпускной квалификационной работы.

  1. Объем дисциплины и виды учебной работы.

Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

6

7

Общая трудоемкость дисциплины

216

114

102

Аудиторные занятия

144

72

72

Лекции (Л)

72

36

36

Практические занятия (ПЗ)

36

18

18

Семинары (С)

-

-

-

Лабораторные работы (ЛР)

36

18

18

Самостоятельная работа

91

42

30

Курсовой проект (работа)

-

-

Вид итогового контроля

экзамен

экзамен

экзамен

6.Содержание дисциплины.

6.1.Разделы дисциплины и виды занятий

№ п/п

Раздел дисциплины

Аудиторные занятия, часы

Лекции

ПЗ (или С)

ЛР

1

Введение

2

 -

-

2

Методы и приборы для определения элементного состава наноматериалов

18

12

8

3

Методы и приборы для изучения структуры наночастиц и наноматериалов

26

12

16

4

Методы и приборы для анализа геометрических параметров и размеров наночастиц

22

12

12

5

Специальные методы исследования

4

-

ВСЕГО

72

36

36

6.2. Содержание разделов дисциплины.

( Указывается название каждого раздела и его содержание)

Раздел 1. Введение.

Предмет и задачи курса. Понятие структуры материалов, специфические требования к методам диагностики наночастиц и наноматериалов. Общие характеристики методов изучения, анализа и диагностики объемных и наноструктурированных материалов. Определяющее значение аналитических методов в иссле­довательской практике и в условиях производства для создания наноматериалов с заданными свойст­вами и контроля качества материалов и приборов. Роль отечественных ученых в развитии аналитических методов.

Раздел 2. Методы и приборы для определения элементного состава наноматериалов.

2.1. Рентгеноспектральный анализ элементного состава вещества.

Методы возбуждения рентгеновских спектров. Сплошной и характеристический рентгеновский спектр. Работа рентгеновской трубки. Синхротронное излучение. Явления, сопровождающие прохождение рентгеновских лучей через вещество. Закон поглощения рентгеновских лучей, рентгеновская дефектоскопия, фильтрация рентгеновского излучения. Преломление рентгеновских лучей. Флюоресцентное излучение. Спектрометры рентгеновского излучения с волновой и энергетической дисперсией. Микрорентгеноспектральный анализ, схема прибора, особенности применения. Аналитические возможности метода.

2.2. Исследования состава наноматериалов методами электронной спектроскопии.

Сущность методов электронной спектроскопии, Оже- электронные и рентгеновские фотоэлектронный спектры. Информационная глубина. Схема спектрометров, типы приборов. Эле­ментная чувствительность. Подготовка образцов. Изучение профилей распределения кон­центрации по глубине. Качественный и количественный Оже- и ЭСХА- анализ. Характеристика применений.

2.3. Исследование состава наноматериалов методом вторичной ионной масс-спектрометрии (ВИМС).

Физические основы метода ВИМС и формирование сигнала. Аппаратура метода и его аналитические характеристики. Статический и динамический режимы работы. Под­готовка образцов. Анализ распределений концентрации по глубине. Количественный анализ ВИМС. Области применимости метода.

Раздел 3. Методы и приборы для изучения структуры наночастиц и наноматериалов

3.1. Теоретические основы дифракционных методов исследования структуры материалов.

3.1.1.Кинематическая теория рассеяния, основные положения кинематической теории рассеяния и область ее применения. Вектор и угол рассеяния. Выражения для амплитуды рассеяния волн в кинематическом приближении. Рассеяние на объектах с периодической структурой. Обратная решетка, связь между прямой и обратной решетками. Уравнение дифракции Лауэ. Формула Вульфа-Брегга. Построение Эвальда. Фактор формы и рассеяние кристаллами конечных размеров. Угловая ширина дифракционного максимума в кинематическом приближении. Рассеяние поликристаллами, аморфными телами.

3.1.2. Элементы динамической теории рассеяния. Рассеяние идеальными кристаллами. Волновое поле в кристалле. Экстинкция. Двухволновое приближение. Отражение по схеме Брегга. Область полного интерференционно­го отражения. Интегральный коэффициент отражения в динамическом приближении.

3.2. Рентгеновские методы исследования структуры наноматериалов.

Рассеяние рентгеновских лучей электроном. Поляризация рассеянного излучения. Рассеяние атомов - атомная амплитуда когерентного рассеяния рентгеновских лучей. Рассеяние кристаллом - структурная амплитуда рассеяния. Влияние температуры на интенсивность дифракционной картины. Интегральный коэффициент отражения.

Способы регистрации рентгеновской дифракционной картины. Работа рентгеновского дифрактометра. Метод поликристалла (Дебая-Шерера). Геометрия рентгенограмм и интенсивность дифракционных максимумов на рентгенограммах поликристаллов. Расчет и индицирование рентгенограмм.

Идентификация вещества по данным межплоскостных расстояний. Фазовый анализ материалов. Возможности количественного и качественного анализа.

Прецизионное определение параметров кристаллической решетки и его приложения в ма­териаловедении. Оценка точности. Рентгенографическое определение напряжений 1 рода, коэффициентов теплового расширения, исследование твердых растворов.

Анализ уширения профиля рентгеновских дифракционных максимумов. Оценка размеров нанокристалллов.

Влияние текстуры на дифракционную картину поликристаллов. Понятие о полюсных фигурах.

Работа и устройство двухкристального рентгеновского спектрометра. Использование высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии для изучения наноразмерных пленок, эпитаксиальных композиций, диффузионных и ионно-имплантированных слоев, анализа глубины и профиля искажений.

3.3. Методы, основанные на дифракции электронов.

Электронография. Особенности рассеяния электронов атомами вещества. Принцип работы электронографа и типы электронограмм. Подготовка образцов. Применение электронографии. Симметрия точечных электронограмм. Расчет и индицирование электронограмм. Электронограммы поликристаллов, влияние текстуры.

Трансмиссионная электронная микроскопия. Оптическая схема электронного микроскопа. Наблюдение в светлом и темном поле. Микродифракция. Разрешающая способность электронного микроскопа. Понятие о дифракционном контрасте. Колонковое приближение. Использование амплитудно-фазовых диаграмм для анализа контраста. Контраст на границах зерен, дефектах упа­ковки, дислокациях. Возможность определения направления и знака вектора Бюргерса дислокаций, типа дислокационных петель.

Исследование гетерогенных сплавов. Возможности микродифракции. Адсорбционный контраст. Метод реплик.

Исследование структуры поверхности кристаллов методом дифракции медленных электронов (ДМЭ). Схема эксперимента, формирование дифракционной картины. Анализ поверхностных сверхструктур. Основные результаты и области применений.

Раздел 4. Методы и приборы для анализа геометрических параметров и размеров наночастиц

Растровая электронная микроскопия (РЭМ). Основные принципы электронно-зондового анализа и взаимодействие электронного пучка с образцом. Схема РЭМ и особенности формирования изображения. Виды контраста в РЭМ. Разрешающая способность и качество изображения. До­полнительная обработка сигнала в РЭМ для получения информации. Подготовка образцов различных материалов для исследования с помощью РЭМ. Области применений.

Сканирующая зондовая микроскопия. Сканирующие туннельный и атомно-силовой микроскопы. Принципы построения и работы приборов. Режимы работы СТМ и АСМ. Дополнительные возможности сканирующей зондовой микроскопии. Применение метода для определения шероховатости сверхгладких поверхностей.

Трансмиссионная электронная микроскопия для определения геометрических параметров и размеров наночастиц. Сравнительный анализ возможностей методов микроскопии для изучения наноструктур и наночастиц.

Рассеяние рентгеновских лучей под малыми углами. Исследование структуры полимеров и биологических объектов, определение размеров коллоидных частиц.

Метод рентгеновской рефлектометрии для определения толщины, шероховатости поверхности, плотности и пористости наноразмерных пленок.

Раздел 5. Специальные методы исследования.

Нейтронография. Возможности применения нейтронографии для изучения наночастиц и наноматериалов. Эмиссионная микроскопия. Ионный проектор. Метод резерфордовского обратного рассеяния ионов.

6.4. Курсовое проектирование

Выполняя курсовую работу, студенты приобретают навыки работы со справочной литературой и осваивают типовые методики расчетов, используемых для структурного и элементного анализа наноматериалов.

  1. Лабораторный практикум.

Тема занятия

Кол-во часов

1

Рентгенографическое определение вещества по данным о межплоскостных расстояниях

4

2

Изучение эпитаксильных струк­тур с помощью двухкристального рентгеновского спектрометра

4

3

Электронография

4

4

Изучение работы растрового электронного микроскопа

4

5

Определение ориентировки кристаллов по методу Лауэ

4

6

Прецизионное определение параметров решетки кристалла

4

7

Изучение работы сканирующего зондового микроскопа

4

8

Изучение работы трансмиссионного электронного микроскопа

4

9

Определение размеров нанообластей когерентного рассеяния

4

  1. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.

8.1. Рекомендуемая литература.

Основная

1. Д. Брандон, У. Каплан. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. М-Техносфера: 2004, 377 с.

2. Фетисов Г.В. Синхротронное излучение. Методы исследования структуры веществ - М.: Физматлит -2007, 672 с.

3. В.Л.Миронов Основы сканирующей зондовой микроскопии, М:Техносфера, 2004, 144с.

Дополнительная

1. Бублик В.Т., Дубровина А.Н. Методы исследования структуры полупроводников и метал­лов. М.: Металлургия, 1978.

2. Бублик В.Т., Дубровина А.Н. Сборник задач и упражнений по курсу МИСМ. М. "Высшая школа" 1988.

3. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электроннооптический анализ. М.: Металлургия, 2002.

8.2. Средства обеспечения дисциплины

Лаборатория рентгеновского анализа, лаборатория электронной микроскопии, лаборатория методов исследования поверхности материалов.



Похожие документы:

  1. Программа дисциплины «Физика кристаллов»  для направления 222900. 62 «Нанотехнологии и микросистемная техника подготовки бакалавра

    Программа дисциплины
    ... Программа дисциплины «Физика кристаллов » для направления 222900.62 «Нанотехнологии и микросистемная техника подготовки бакалавра Авторы программы: Новоселова Е.Г., к.ф.-м.н., enovoselova@hse.ru Смирнов И.С., к.ф.-м.н., доцент, ismirnov ...

Другие похожие документы..