Чётная учебная неделя

spbgti_logo.png

Санкт-Петербургский государственный технологический институт
(технический университет) \\ Официальный сайт
Ведущий российский вуз в области химии, химической технологии, биотехнологии, нанотехнологии, механики, информационных технологий, управления и экономики. Современный учебный центр высшего образования. Основан в 1828 году.
RUАбитуриенту240100 «Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники» программа

240100 «Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники» программа

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)»

(СПбГТИ (ТУ))

 

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

___________ Т.Б. Чистякова

___________ 2011

 

 

Программа магистерской подготовки

Технология материалов и изделий электронной техники

 

Направление подготовки

240100 – «Химическая и биотехнология

Квалификация (степень) выпускника

Магистр техники и технологии

 

Форма обучения

очная

 

 

Факультет химии веществ и материалов

Кафедра химической нанотехнологии и материалов электронной техники

Руководитель магистерской подготовки:

д-р. хим. наук, профессор А.А. Малыгин

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2011


СОДЕРЖАНИЕ

 

1.Цель программы подготовки магистров «Технология материалов и изделий электронной техники».......................................................... 3

2. Условия обучения.............................................................................. 3

3.Требования к поступающим............................................................... 4

4.НИР и ОКР кафедры «Химической нанотехнологии и материалов электронной техники»........................................................................6

5. Профессорско-преподавательский состав........................................ 8

6. Учебный план..................................................................................... 9

7. Содержание обучения........................................................................ 11

8. Требования к организации практик.................................................. 20

9. Требования к уровню подготовки магистра ................................... 20

10. Лаборатории и оборудование......................................................... 21

 


 

1.     Цель программы подготовки магистров «Технология материалов и изделий электронной техники»

 

Область исследований включает фундаментальные основы химии и технологии лазерных кристаллов, люминофорных материалов, сенсорных материалов, полупроводниковых кристаллов и пленок; синтез новых функциональных материалов; разработку нетрадиционных методов получения монокристаллов и пленочных гетероструктур; разработку новых методов контроля свойств моно- и поликристаллических материалов.

Объектами исследования являются моно- и поликристаллы многокомпонентных оксидов, двух- и трехкомпонентных халькогенидов, пленочные материалы на основе указанных соединений.

Освоение программы предполагает овладение современными методами физико-химического анализа (рентгеноструктурный и рентгенофазовый анализ, электронная и оптическая микроскопия, оптическая, ИК-, Оже-, фотоэлектронная спектроскопия), методами измерения электронных и магнитных характеристик материалов и изделий, методами получения монокристаллов и пленок различных материалов, методами направленного синтеза веществ и материалов с заданными физико-химическими и функциональными свойствами

Магистерская программа посвящена:

– изучению теоретических и технологических основ процессов получения материалов и изделий электронной техники;

– изучению современных методов синтеза тонких пленок и других видов материалов, в том числе, наноматериавлов, с заданными составом, строением и свойствами применительно к объектам электронной техники; изучению структуры этих материалов; построению физико-химических моделей и экспериментальному определению их характеристик;

– изучению методов квантово-химического моделирования и проектирования процессов получения материалов и изделий электронной техники;

– изучению новых приемов и методов исследования наноструктурированных материалов.

 

2.     Условия обучения

 

Магистерская подготовка осуществляется на кафедре «Химической нанотехнологии и материалов электронной техники» факультета «Химии веществ и материалов» более 30-ти лет. Кафедра основана в 1967 году как первая в стране кафедра химии твердых веществ для подготовки инженеров-технологов в области различных направлений твердофазного материаловедения. Основателем и первым заведующим кафедрой был чл-корр. РАН В.Б. Алесковский, в те годы ректор института, а затем ректор Ленинградского университета. В разные годы кафедру возглавляли профессора С.И. Кольцов, В.Г. Корсаков,а в настоящее время профессор А.А. Малыгин. Кафедра организует учебный процесс совместно с базовой кафедрой на ОАО «Светлана», руководит которой ее выпускник 1974 года к.т.н. директор ОАО «Светлана-Рентген» Н.А. Куликов, сменивший на этом посту к. ф-м. н. доцента В.П. Цветова.

Нормативный срок освоения основной образовательной программы подготовки магистра по направлению  240100 «Химическая и биотехнология», магистерская программа «Химическая технология материалов и изделий электронной техники» при очной форме обучения на бюджетной основе – 6 лет. Основная образовательная программа подготовки магистра состоит из программы подготовки бакалавра по соответствующему направлению (4 года) и специализированной подготовки магистра (2 года).

 

3.     Требования к поступающим

 

Общие требования к уровню подготовки магистра определяются содержанием аналогичного раздела требований к уровню подготовки бакалавра и требованиями, обусловленными специализированной подготовкой.

Лица, желающие освоить программу специализированной подготовки магистра, должны иметь высшее профессиональное образование определенной ступени, подтвержденное документом государственного образца.

Лица, имеющие диплом бакалавра по соответствующему направлению, зачисляются на специализированную магистерскую подготовку на конкурсной основе. Условия конкурсного отбора определяются вузом на основе государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования бакалавра по данному направлению.

Лица, желающие освоить программу специализированной подготовки магистра по данному направлению и имеющие высшее профессиональное образование, профиль которого не входит в состав направления, допускаются к конкурсу по результатам сдачи экзаменов по дисциплинам, необходимым для освоения программы подготовки магистра и предусмотренным государственным образовательным стандартом подготовки бакалавра по данному направлению (в зависимости от профиля предшествующей подготовки назначаются экзамены по курсу «Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники» и/или «Физическая химия твердого тела»).

Перечень вступительных испытаний по программе подготовки включает:

- письменный экзамен по направлению  подготовки магистеров

- собеседование по результатам выполнения реферативной работы

Примерный перечень вопросов для поступления в магистратуру

1.     Общие сведения о материалах, используемых в электронной технике. Виды полупроводниковых материалов, подложек и основные требования к ним.

2.     Общая технологическая схема производства интегральных микросхем.

3.     Механическая обработка полупроводниковых материалов.

4.     Легирование полупроводниковых пластин методом термической диффузии и ионной имплантации.

5.     Получение тонких пленок термическим испарением в вакууме.

6.     Методы и оборудование для получения тонких пленок катодным распылением.

7.     Органические фоторезисты, их виды, назначение, требования к ним, методы и оборудование для их нанесения.

8.     Виды литографических процессов, основные характеристики. Оборудование для контактной и проекционной фотолитографии.

9.     Классификация вакуумных насосов, применение вакуумной техники в планарной технологии.

10.                        Основные характеристики вакуумных насосов.

11.                        Конструкции объемных насосов, пластинчато-роторный насос (схема, принцип действия), назначение балластного газа, вредное пространство, двухступенчатые насосы, основные характеристики, рабочие жидкости и требования к ним.

12.                        Насос Рутса, (схема, принцип действия, основные характеристики).

13.                        Молекулярные и турбомолекулярные насосы (принцип действия, схема).

14.                        Принципиальная схема струйной откачки, основные виды струйной откачки.

15.                        Ловушки, их виды и принцип действия, основные требования к ним.

16.                        Адсорбционные насосы: некоторые виды и параметры адсорбентов, принцип действия адсорбционных насосов, основные характеристики.

17.                        Вакуумные системы: виды, основные требования к ним, вакуумные системы общего и специального назначения.

 

Примерные темы рефератов при поступлении в магистратуру по по программе подготовки магистров «Химическая технология материалов и изделий электронной техники»:

№ пп

Наименование темы

1

2

1

Полупроводниковые оксиды. Получение, свойства и применение.

2

Газотранспортные реакции и их использование в технологии особо чистых веществ и эпитаксиальных структур.

3

МОС-гидридная технология в производстве эпитаксиальных полупроводниковых структур.

4

Молекулярно-лучевая эпитаксия в развитии полупроводниковых наноструктур и сверхрешеток.

5

Выращивание монокристаллов в электронной технике.

6

Получение нитридов галлия и индия.

7

Карбид кремния, его получение и использование в электронике.

8

Технология и оборудование ионного легирования.

1

2

9

Установки и способы диффузионного легирования.

10

Установка катодного распыления, диодные схемы на постоянном токе и высокочастотные

11

Технология и оборудование для химического осаждения пленок из газовой фазы

12

Механическая обработка монокристаллов при получении полупроводниковых пластин

13

Установки ионного легирование полупроводниковых пластин с различным расположением основных узлов

14

Установка молекулярного наслаивания

15

Установки катодного распыления, триодная схема

16

Установка магнетронного распыления

17

Оборудование для получения пленок испарением в вакууме

18

Оборудование для получения фотошаблонов и фотолитографии

19

Установка ионного легирования, конструкция уcкорительной трубки

20

Установка по получению пленок испарением в вакууме, виды и конструкции испарителей.

21

Установка ионной имплантации и основные виды ионизационных источников.

22

Чистые комнаты и оборудование газоподготовки.

23

Установка молекулярно-лучевой эпитаксии.

24

Методы определения свойств дисперсных материалов

25

Квантово-химическое моделирование титаноксидных наноструктур на поверхности кремнезема

26

Применение наночастиц и наноструктур на основе диоксида титана

27

Синтез ванадий–оксидных наноструктур на поверхности кремнезема

28

Карбид кремния. Получение , свойства, применение

29

Применение атомно-силовой микроскопии для измерения объектов нанометрового диапазона

30

Перспективные фото и катодолюминесцентные материалы на основе тиогаллатов

31

Исследование титансодержащего силикагеля спектрометрическими методами

 

 

4.     НИР и ОКР кафедры «Химической нанотехнологии и материалов электронной техники»

 

На кафедре проводятся научно-исследовательские работы, связанные с областью магистерской подготовки по следующим основным направлениям:

•  синтез и исследование поверхностных наноструктур различного функционального назначения для электроники и смежных отраслей;

•  разработка технологического оборудования для получения наноматериалов методом молекулярного наслаивания;

•  квантово-химическое моделирование процессов в твердотельной электронике.

Последние 10 лет деятельность кафедры связана с активным участием в организации и проведении как учебного процесса, так и научно-исследовательской работы в таком активно развивающемся в последние 15 – 20 лет направлении как нанонаука, нанотехнология, наноматериалы.

Работы базируется на традиционном для кафедры научном направлении, связанным с химией поверхности твердого тела и с химическим превращениями твердых веществ и материалов, которые реализуются в рамках Научной школы “Химия высокоорганизованных веществ”. В основе проводимых научных исследований и учебного процесса лежат представления, заложенные их основателем – чл.-корр. РАН Валентином Борисовичем Алесковским, сформулировавшим в 1952 г. “остовную” гипотезу. В рамках научной школы разработаны методы матричного синтеза (химической сборки) низкоразмерных систем с использованием неравновесных циклических процессов, сочетающих на молекулярном уровне в единую конструкцию (изделие) металлы, диэлектрики, полимеры и другие компоненты. Результаты проведенных исследований позволили сформировать научные и экспериментальные основы современной химической нанотехнологии на принципах метода молекулярного наслаивания.

С 2003 г. при кафедре создан и успешно действует учебно-научный центр коллективного пользования Химическая сборка наноматериалов. Оснащение Центра современными оборудованием и приборами позволило существенно повысить эффективность и качество подготовки инженеров, бакалавров, магистров и кандидатов наук. Особо следует отметить использование в исследовательских работах сканирующего туннельного и атомно-силового микроскопов, обеспечивающих визуализацию поверхностных наноструктур на атомно-молекулярном уровне.

В настоящее время на кафедре проводятся следующие НИР под руководством ведущих сотрудников кафедры:

- модифицирование поверхности оксидов кремния, алюминия и исследование физико-химических свойств полученных продуктов с применением современных методов (сканирующая зондовая микроскопия, рентгенофазовый анализ, электронная микроскопия, ИК- спектроскопия, дифференциальный терический анализ и др.);

- изучение функциональных свойств материалов с модифицированной методом молекулярного наслаивания поверхностью;

-создание мембранных реакторов с заданными структурными и каталитическими характеристиками;

- разработка волоконно-оптических датчиков с повышенными эксплуатационными свойствами;

- создание диэлектрических тонких пленок на поверхности полупроводникового кремния;

- регулирование поверхностной энергии полимерных материалов путем формирования на них функциональных наноструктур;

- квантово-химическое моделирование продуктов взаимодействия оксохлоридов ванадия, хрома и хлоридов титана с кремнеземом;

- квантово-химические подходы к моделированию процессов модифицирования полимерных материалов;

- создание люминесцентных материалов и изделий на их основе с повышенными эксплуатационными характеристиками;

- разработка методов исследования поверхности материалов различной геометрической формы (волокна, частицы, пластины, пленки) методами сканирующей зондовой микроскопии;

- разработка вакуумной установки для создания нанопокрытий на поверхности полупроводниковых и других подложкек;

- отработка гидродинамических режимов в системе газ-твердый сыпучий слой на установке с «кипящим слоем»;

Руководителями названных НИР являются профессора Ю.К. Ежовский, В.Г. Корсаков, А.А. Малыгин, доценты С.Д. Дубровенский, А.А. Малков, Е.А. Соснов, Н.В. Захарова, кандидаты наук М.Н.Цветкова, А.М. Захаров, А.Ю. Шевкина. Учитывая комплексный характер многих предложенных тем, по многим из них в качестве руководителей выступают два ученых.  

 

 

5.     Профессорско-преподавательский состав

 

Малыгин Анатолий Алексеевич, д.х.н., профессор, руководитель программы магистерской подготовки.

 

Корсаков В.Г., проф., д.х.н.

Соснов Е.А., доцент, к.х.н.

Ежовский Ю.К., проф., д.х.н.

Дубровенский С.Д., доцент, к.х.н.

Малков А.А., доцент, к.х.н.

Захарова Н.В. , доцент, к.х.н.

 


 

6.     Учебный план

Изучаемые дисциплины и их объем

 

Наименования курсов

Общая трудоемкость

освоения

зачетные единицы трудоемкости (ЗЕТ)

академические часы (АЧ)

I семестр

 

Теоретические и экспериментальные методы исследования в химии

2

72

Деловой иностранный язык

1

36

Процессы массопереноса в системах с участием твердой фазы

8

288

Сканирующая зондовая микроскопия в исследовании и создании наноматериалов

2

72

Компьютерное моделирование технологических процессов твердотельной электроники

2

72

Химическая сборка функциональных материалов и покрытий

7

252

Научно-исследовательская работа магистра

6

216

 

II семестр

 

Экономический анализ и управление производством

2

72

Деловой иностранный язык

3

108

Численные методы моделирования в химии и химической технологии

2

72

Сканирующая зондовая микроскопия в исследовании и создании наноматериалов

2

72

Дополнительные главы физической химии твердого тела

2

72

Компьютерное моделирование технологических процессов твердотельной электроники

3

108

Химическая сборка функциональных материалов и покрытий

2

36

Научно-исследовательская работа магистра

6

216

Производственная практика

4 недели

 

 

III семестр

 

Философские проблемы науки и техники

3

108

Бизнес и проектный менеджмент

3

108

Креативность и инновации

3

108

Дополнительные главы физической химии твердого тела

4

144

Дополнительные главы технологии материалов и изделий электронной техники

4

144

Научно-исследовательская работа магистра

6

216

Научно-производственная практика

2 недели

 

Педагогическая практика

2 недели

 

 

IV семестр

 

Дополнительные главы технологии материалов и изделий электронной техники

4

144

Современные технологии обучения

2

72

Научно-исследовательская практика

6 недель

 

Подготовка магистерской диссертации

3

108

Всего

120

4320

       

 


 

7.     Содержание обучения

7.1 Дополнительные главы технологии материалов и изделий электронной техники

 

Курс принадлежит к циклу специальных дисциплин федерального уровня. Основная цель курса - подготовить специалистов, способных высоко квалифицированно осуществлять аппаратурное оформление технологических процессов, грамотно и экономично проектировать, выдавать задания на проектирование, эксплуатировать, осуществлять наладку оборудования и технологических процессов в производстве материалов и изделий электронной техники и в смежных областях, проводить инженерные расчеты при выборе технологических режимов и оборудования.

Одной из основных задач курса является рассмотрение дополнительных глав по основным видам материалов электронной техники, их характеристик и методов получения, типового оборудования и процессов в производстве материалов и изделий электронной техники; изучение принципа действия и технологических схем установок для получения тонкопленочных материалов, оборудования для создания вакуума, различных видов химических реакторов. Отдельные главы курса посвящены анализу наиболее перспективных направлений в электронике - наноэлектроника и нанотехнология, ее аппаратурное оформление.

Учебная дисциплина базируется на курсах процессов и аппаратов химической технологии (различные виды стандартного оборудования химических производств, движение газа в слое сыпучего материала, химические реакторы), общей химической технологии (вопросы эко­логии, технологические схемы некоторых современных процессов), физической химии и технологии твердых веществ (поверхность твердых тел, химическая сборка материалов, оборудование молекулярного наслаивания, кинетика гетерогенных процессов), введение в технологию материалов электронной техники (характеристики материалов, использующихся в электронной и вакуумной технике, процессы кристаллизации); физической электроники и электронных приборов и является вспомогательной при выполнении магистерской диссертации.

 

7.2 Сканирующая зондовая микроскопия в исследовании и создании наноматериалов

Дисциплина относится к профессиональному циклу дисциплин. Изучение дисциплины базируется на знаниях и умениях, полученных в ходе изучения программы бакалавриата направления подготовки 240100 при изучении курсов физики, физической химии твердого тела и наноразмерных систем, методов исследования наносистем и наноматериалов, химической технологии наноматериалов и наносистем, метрологии, стандартизации и сертификации. Компетенции, приобретенные в результате освоения дисциплины, будут использованы при выполнении выпускных квалификационных работ, изучении общетехнических и специальных дисциплин учебного плана, связанных с работой созданием наноматериалов и разработкой нанотехнологических процессов.

В рамках дисциплины рассматриваются следующие вопросы:

Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ). Физические принципы работы сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Устройство и принцип работы туннельного сенсора. Латеральное разрешение СТМ. Эффект последнего атома. СТМ-моды: режимы постоянного тока и постоянной высоты. Методика изготовления и особенности применения различных зондов СТМ. Возможности СТМ при исследовании материалов.

Сканирующая туннельная спектроскопия (СТС). Вольт-амперная характеристика туннельного контакта. СТС работы выхода и плотности состояний на поверхности образца. СТС адсорбиро­ванных атомов и нанокластеров на поверхности, кулоновская блокада, резонансное туннелирование. V-модуляция, Z-модуляция.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ). Устройство и физические основы работы сенсора АСМ. Кантилеверы. Взаимодействие АСМ зонда с поверхностью твердого тела на микроскопическом уровне. Методы изготовления и особенности применения различных видов АСМ-зондов.

Особенности конструкции СЗМ. Подвод зонда к образцу. Контроль позиционирования зонда относительно образца. Устройство, принципы работы и характеристики СЗМ сканеров. Характеристики пьезоэлектрических материалов. Нелинейность, гистерезис, ползучесть, дребезг, усталость. Методы линеаризации характеристик сканеров. Артефакты пьезокерамики и конструкции сканера. Конволюционные артефакты.

Устройство и принципы работы системы обратной связи (ОС) СЗМ. Аналоговая и цифровая ОС. Теория PID регуляторов. Постоянные цепи ОС: пропорциональная, интегральная, дифферен­циальная. Виброустойчивость. Шумоизоляция.

Контактная АСМ мода (Contact Mode). Режимы постоянной силы и постоянной высоты. Режим латеральной силы (Lateral Force Mode, LFM). Атомно-силовая акустическая микроскопия (Atomic Force Acoustic Microscopy, AFAM). Динамические контактные методики.

Бесконтактная АСМ мода (Non-Contact Mode). Физические принципы работы зонда АСМ в бесконтактной моде. Линейная теория колебаний кантилевера. Добротность кантилевера. Режим периодического контакта (Tapping Mode). Режим фазового контраста (Phase Imaging Mode).

Многопроходные моды. Статическая и динамическая магнитная силовая микроскопия (Magnetic Force Microscopy, MFM). Электросиловая микроскопия (Electric Force Microscopy, EFM). Сканирующая Кельвиновская микроскопия (Kelvin Mode Microscopy). Сканирующая емкостная микроскопия (Scanning Capacitance Microscopy, SCM). Сканирующая термическая микроскопия (Thermal Scanning Microscopy, TSM). Микроскопия сопротивления растекания (Spreading Resistance Microscopy).

Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия Классическая, конфокальная и сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (СБОМ). Теория дифракции света на субволновой апертуре. Распространение света в нестационарных оптических волноводах. Взаимодействие света с веществом. Гигантское усиление комбинационного рассеяния. Конструкции и режимы работы СБОМ. Пьезоэлектрический сенсор сдвиговой силы (Tuning Fork Shear-Force Sensor).

Сканирующая ионная микроскопия Физические принципы метода сканирующей ионной микроскопии (СИМ). Модуляционная методика. Комбинированные методы исследования.

Формирование наноразмерных структур. Элементная база наноэлектроники. Формирование квази­одномерных микроконтактов и микропроводников. Создание регулируемых элементов: резисторы, варисторы, транзисторы. Нанотехнологические устройства на базе СЗМ.

 

7.3 Дополнительные главы физической химии твердого тела

 

Целями освоения дисциплины "Дополнительные главы физической химии твердого тела»  являются освоение знаний, относящихся к профессиональной деятельности магистров в области разработки,      исследования,   модифицирования и использования материалов неорганической и органической природы различного назначения; процессы их формирования, формо- и структурообразования; превращения на стадиях получения, обработки и эксплуатации.  Знания в области "Физической химии твердого тела» позволят магистрам успешно осуществлять научно-исследовательскую и производственную деятельность. 

          Введение такой  фундаментальной  дисциплины  в  учебный план позволяет вести непрерывную модернизацию дисциплин, не  изменяя учебного плана,  а также вводить новые факультативные курсы и курсы по выбору,  осуществляя тем самым  преподавание  на современном  уровне  вопросов химической технологии материалов и изделий  для  динамично  развивающихся  областей  новой  техники: электронной, космической, приборостроительной, медицинской.

Предметом изучения дисциплины являются конденсированные системы, в том числе наносистемы и материалы на их основе, физико-химические и электрофизические свойства, определяемые составом и структурой этих материалов, термодинамика и кинетика гетерогенных процессов.

Учебная дисциплина относится к циклу математических и естественнонаучных дисциплин и является  вариативной дисциплиной профиля. Дисциплина “Дополнительные главы физической химии твердого тела»  преподается во 2 и 3 семестрах и является фундаментальной дисциплиной, лежащей  в  основе  последующего изучения студентами специальных дисциплин.  Компетенции, приобретенные в результате освоения дисциплины, будут использованы при изучении специальных дисциплин, учебной научно-исследовательской работе и подготовке квалификационной работы на степень магистра.

В основу данной учебной дисциплины проложены  знания,  полученные студентами в бакалавриате при  изучении  "Общей и неорганической химии", "Физической химии", "Коллоидной химии", "Физико-химических методов анализа", "Физики", "Высшей математики" и «Физической химии твердого тела».  Полностью выдерживается принцип преемственности,  отсутствуют повторения  известного студентам  материала,  кроме тех случаев,  когда он излагается на  более высоком уровне.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО по данному направлению:

а)  общекультурных (ОК):

– культуры   мышления,   способностью   к   обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);

– умения логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь в профессиональной области (ОК-2); 

б) профессиональных (ПК):

– базовых знаний,  необходимом для использования в профессиональной деятельности, основных законов физической химии твердого тела и наноразмерных систем, разработанных в ней подходов, методов и результатов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1).

– основных методов исследования, анализа, диагностики и моделирования свойств веществ (материалов), физических и химических процессами в них и в технологиях получения, обработки и модифицирования материалов, навыков их использования в исследованиях и расчетах (ПК-3);

элементов практического использования современных представлений о влиянии микро- и нано- масштаба на свойства материалов, взаимодействия материалов с окружающей средой, электромагнитным излучением и потоками частиц (ПК-7);

-  основных типов современных неорганических и органических материалов для решения производственных задач, владеть навыками выбора материалов для заданных условий эксплуатации с учетом требований технологичности, экономичности, надежности и долговечности, экологических последствий их применения (ПК-9);

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:  кристаллохимические аспекты строения твердых тел; электрофи­зические свойства кристаллов, определяемые их симме­трией и  влияющие на область их применения, физическую химию реальных кристаллов, классификацию дефектов структуры; взаимодействие дефектов в кристалле, явления переноса в кристаллах с дефектами,   влияние дефектов на кинетику твердофазных процессов, зависимость свойств твердых веществ от способа синтеза, свойства и способы направленного синтеза некристаллических материалов, влияние размера частиц на свойства твердых веществ и квантово-размерные эффекты.

Уметь: рассчитывать энергию дефектообразования и концентрацию термодинамических дефектов;  описывать физическими уравнениями процессы, определяющие кинетику гетерогенных реакций и взаимодейс­твия материалов с реагентами; пользоваться современными методами контроля процессов синтеза твердых веществ с заданными электрофизическими свойствами; применять методы поиска химической информации, статистику, вычислительную технику и банки данных.

Владеть: методами получения твердых веществ с заданными свойствами: магнитными, электрическими, оптическими, применяемыми в соответствующих областях электронной техники.

 

7.4 Химическая сборка функциональных материалов и покрытий

 

Основная цель курса – дать возможность магистрантам получить углубленные знания практические навыки в овладении современными методами решения проблемы направленного синтеза низкоразмерных и тонкопленочных материалов, обладающих небходимыми заданными свойствами, понять причины, обусловливающие изменение многих физических и химических свойств вещества в нанометровом диапазоне, познакомить с наиболее перспективными направлениями в химической технологии наноматериалов различного целевого назначения и применения полученных наноматериалов в производстве современных материалов и изделий, а также в смежных областях, что позволит обучающемуся в дальнейшей профессиональной деятельности и (или) при обучении в аспирантуре.

В курсе излагаются углубленно закономерности химического конструирования многослойных систем с использованием матричного эффекта на основе современных представлений химии твердого тела. Рассмотрены вопросы получения сверхтонких слоев вещества и их специфических свойств, создания многозонных пленок с программируемым расположением и задаваемой на атомном уровне толщины, явления и особенности структуры на границе сопряжения твердых тел, регулирования активности поверхностных атомов и других свойств, необходимых при создании новых материалов электронной техники различного целевого назначения.

Учебная дисциплина основана на базовых дисциплинах данного профиля подготовки, в частности, на курсах процессов и аппаратов химической технологии (различные виды стандартного оборудования химических производств, движение газа в слое сыпучего материала, химические реакторы), общей химической технологии (вопросы экологии, технологические схемы некоторых современных процессов), физической химии твердого тела и наноразмерных систем (поверхность твердых тел, кинетика гетерогенных процессов, процессы кристаллизации), методы исследования наносистем и наноматериалов, квантовая химия наноструктурированных материалов, технология функциональных наноматериалов.

Полученные углубленные знания по данной дисциплине необходимы обучающимся при подготовке, выполнении и защите выпускной квалификационной работы и при решении научно-исследовательских, проектно-конструкторских, производственно-технологических, организационно-управленческих задач в будущей профессиональной деятельности и (или) для успешного обучения в аспирантуре.

Требования к результатам освоения содержания дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО магистратуры по данному направлению:

а) общекультурных (ОК)

‑ способен совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень и профессионализм, устранять пробелы в знаниях и обучаться на протяжении всей жизни (ОК-1)

‑ владеет навыками развития научного знания и приобретения нового знания в области техники и технологии наноматериалов многофункционального назначения путем исследований, оценки, интерпретации и интегрирования знаний, проведения критического анализа идей (ОК-2);

б) профессиональных (ПК):

‑ владеет базовыми знаниями теоретических и прикладных наук и развивает их самостоятельно с использованием в профессиональной деятельности при анализе и моделировании, теоретическом и экспериментальном исследовании материалов и процессов (ПК-1);

- использует на практике интегрированные знания естественнонаучных общих профессионально-ориентирующих специальных дисциплин для понимания проблем направления «Химическая технология и биотехнология»;

-                     умеет выдвигать и применять идеи, вносить оригинальный вклад в данную область науки, техники и технологии (ПК-3);

- понимает и самостоятельно использует физические и химические основы, принципы и методики исследований, испытаний и диагностики веществ и материалов, навыки комплексного подхода к исследованию материалов и технологий их обработки и модификации, включая стандартные и сертифицированные испытания материалов, изделий и процессов (ПК-7);

‑ способен самостоятельно использовать современные представления наук о материалах при анализе влияния микро- и нано - масштаба на механические, физические, поверхностные и другие свойства материалов, взаимодействии материалов с окружающей средой, электромагнитным излучением и потоками частиц (ПК-8);

‑ Углубленно знает основные типы неорганических и органических материалов различного назначения, в том числе наноматериалов, владеет навыками самостоятельного выбора материалов для заданных условий эксплуатации с учетом требований надежности и долговечности, экономичности и экологических последствий их применения (ПК-10);

‑ владения навыками использования технических средств для измерения и контроля основных параметров технологических процессов, свойств наноматериалов и изделий из них (ПК-11).

В результате изучения учебной дисциплины магистр

должен знать:

-           современные и наиболее перспективные физические и химические методы получения наночастиц и поверхностных наноструктур;

-           способы прецизионного регулирования их физико-химических свойств;

-           области применения наночастиц и поверхностных наноструктур в наноматериалах различного функционального назначения;

уметь:

-           устанавливать корреляции между физическими и химическими свойствами наночастиц и поверхностных наноструктур со свойствами получаемых на их основе материалов;

-           - формулировать требования к свойствам наноматериалов, используемых для решения определенных практических задач с помощью варьирования технологии наноматериалов;

должен владеть:

-           - современными методами анализа и исследования физических и химических свойств наночастиц, поверхностных наноструктур и получаемых на их основе материалов;

-         навыками разработки и использования новых технологических процессов и оборудования в производстве и модификации неорганических и органических материалов на атомно-молекулярном уровне.

 

7.5 Компьютерное моделирование технологических процессов твердотельной электроники

 

Изучение дисциплины «Компьютерное моделирование  процессов твердотельной электроники» преследует следующие цели: подготовку студентов к решению задач в области построения и компьютерной реализации математических моделей физико-химических процессов, используемых в технологии материалов электронной техники; развитие творческого мышления студентов, повышение  их  интеллектуального уровня. Дисциплина относится к профессиональному циклу дисциплин.

Основные задачи изучения дисциплины состоят в получении студентами основных научно-практических знаний в области компьютерного моделирования основных процессов планарной технологии.

Одной из основных задач является рассмотрение как общих подходов к построению и компьютерной реализации математических моделей физико-химических процессов с участием твердого тела, так и специфики моделирования технологических процессов, применяемых в планарной технологии и микроэлектронике. Особое внимание уделено вопросам статистической проверки и оценки адекватности математических моделей реальных процессов. Рассмотрены как детерминистский подход к моделированию, так и стохастические модели основных процессов планарной технологии: диффузионного легирования, ионной имплантации, получения тонких пленок методами вакуумного испарения и катодного распыления и химического осаждения из газовой фазы. В курсе также уделено внимание компьютерному моделированию процессов химической нанотехнологии как представляющих перспективное направление развития в микро- и наноэлектронике

Изучение дисциплины «Компьютерное моделирование  процессов твердотельной электроники» основано на знании студентами материалов дисциплины «Химия», «Математика», «Физика» и специальных дисциплин по профилю подготовки «Химическая технология материалов электроники и наноэлектроники» направления 240100 «Химическая технология». Полученные знания необходимы студентам при подготовке, выполнении и защите диссертации и  при решении научно-исследовательских, проектно-конструкторских, производственно-технологических, организационно-управленческих  задач в будущей профессиональной деятельности.

 В результате изучения данной дисциплины студенты будут

знать:

- основные принципы построения математических моделей физико-химических и технологических процессов планарной технологии;

- критерии и методы статистической оценки математических моделей;

- способы алгоритмической и компьютерной реализации моделей;

- возможности использования компьютерных моделей для анализа и оптимизации технологических процессов планарной технологии.

иметь представления:

- о современных тенденциях в области компьютерного моделирования физико-химических и технологических процессов планарной технологии и о перспективах его использования в промышленности.

уметь:

- осуществлять системный анализ моделируемого процесса;

- пользоваться методами и алгоритмами математического моделирования;

- реализовывать математические модели с использованием современный компьютерных технологий;

- осуществлять статистическую оценку качества компьютерных моделей.

В рамках учебной дисциплины «Компьютерное моделирование  процессов твердотельной электроники» рассматриваются следующие вопросы:

1) Общие приемы построения и классификация математических моделей. Особенности моделей физико-химических процессов на поверхности твердых тел. Элементы системного подхода (модельная система, модели измерений и управлений, модель исследователя). Область определения модели. Классификация математических моделей по уровню абстракции. Фундаментальные, эмпирические и феноменологические модели. Модель черного ящика. Специфика моделирования твердых тел. Роль структурных параметров и дефектов.

2) Математическая постановка и алгоритмы реализации задач моделирования. Прямые и обратные задачи. Корректность математических моделей. Стохастические и детерминированные математические модели. Одно- и многооткликовые модели. Линейные и нелинейные модели. 
Параметризация математических моделей. Метод наименьших квадратов. Линейная и нелинейная регрессия. Основы планирования эксперимента.

3) Статистическая оценка адекватности математических моделей. Проверка корректности и адекватности математических моделей. Случайные факторы, влияющие на характеристики модели. Гипотезы о функциях распределения случайных величин. Нормальное распределение и распределение Стьюдента. Ковариация и корреляция. Оценки точности математического прогноза. Статистический анализ остатков. Коррелированность остатков. Статистическая оценка параметров модели. Ковариационная матрица параметров в зависимости от априорной информации. Доверительные интервалы и доверительный эллипсоид параметров. Смещение модельных оценок.

4) Компьютерная реализация математических моделей. Требования к аппаратному обеспечению в зависимости от уровня сложности модели. Основные возможности программного обеспечения, используемого для компьютерной реализации математических моделей. Визуализация и представление результатов модельных математических расчетов. Компьютерная симуляция реальных процессов.

5) Модели процессов диффузионного легирования и ионной имплантации. Основные физико-химические закономерности процессов диффузионного легирования и ионной имплантации с точки зрения математического моделирования. Детерминированные приближенные модели. Прямые и обратные задачи. Оценка глубины залеганияp-n перехода. Компьютерная симуляция процессов легирования. Область определения и корректности обратных задач в случае детерминированных моделей. Стохастические модели диффузионного легирования. Моделирование микроскопических актов диффузии и распределение Пуассона. Построение профиля концентрации примеси для одно- и двухстадийного процесса легирования. Стохастические модели ионной имплантации. Учет рассеяния и каналирования. Нелинейные процессы при высокой энергии ионов.

6) Модели получения тонких пленок вакуумным испарением и катодным распылением. Влияние аппаратурных факторов и свойств распыляемого материала. Упрощенные детерминированные модели для решения прямых и обратных задач. Учет процессов агрегирования и сплошность пленок.

7) Модели химических процессов на поверхности твердых тел. Структурное моделирование объема и поверхности твердого тела (кристаллические и аморфные подложки). Линейные дефекты в структурных моделях.  Моделирование реакционной способности поверхности твердых тел. Учет функционального состава поверхности. Моделирование кинетики химических превращений и межфазных равновесий. Способы математического описания неоднородности реальной поверхности (модель Рогинского, функция распределения поверхностных центров по параметру). Оценка неоднородности поверхности по экспериментальным данным с использованием компьютерных моделей. Математические модели латеральных взаимодействий и взаимного влияния поверхностных центров и фаз.

8) Моделирование процессов получения тонких пленок методами химического осаждения из газовой фазы. Модели образования индивидуальных и смешанных фаз. Термодинамические и кинетические модели химического осаждения тонких пленок. Метод минимизации термодинамических потенциалов и метод констант равновесия. Модельные расчеты фазообразования в многокомпонентных системах. Прогноз термодинамического пути процесса и обход равновесия. Статистическая оценка термодинамических моделей.

9) Моделирование процессов химической нанотехнологии. Стехиометрические и нестехиометрические модели получения функциональных слоев методом химической сборки. Кинетические модели хемосорбции в резко неравновесных условиях. Модели островкового роста и роста сплошных пленок. Модели послойной химической сборки одно- и многокомпонентных покрытий.

 

 

8.     Требования к организации практик

 

Научно-исследовательская практика

Цель практики: подготовить студента к решению задач научно-исследовательского характера на производстве и к выполнению выпускной квалификационной работы.

Место проведения практики: промышленные предприятия, научно-исследовательские организации и учреждения, где возможно изучение материалов, связанных с темой выпускной квалификационной работы.

 

Научно-педагогическая практика

Цель практики: подготовка магистров к преподаванию дисциплин специализации. Место проведения практики: специальные кафедры высшего учебного заведения.

 

9.     Требования к уровню подготовки магистра

 

Требования, обусловленные специализированной подготовкой магистра, включают:

владение навыками самостоятельной научно-исследовательской и научно-педагогической деятельности, требующими широкого образования в соответствующем направлении:

умения:

– формулировать и решать задачи, возникающие в ходе научно-исследовательской и педагогической деятельности и требующие углубленных профессиональных знаний;

– выбирать необходимые методы исследования, модифицировать существующие и разрабатывать новые методы, исходя из задач конкретного исследования;

– обрабатывать полученные результаты, анализировать и осмысливать их с учетом имеющихся литературных данных;

– вести библиографическую работу с привлечением современных информационных технологий;

– представлять итоги проделанной работы в виде отчетов, рефератов, статей, оформленных в соответствии с имеющимися требованиями, с привлечением современных средств редактирования и печати.

– выполнять исследования металлургических процессов, оборудования и металлопродукции, в том числе с применением методов математического моделирования;

– выбирать материал и режим его обработки, исходя из комплекса предъявляемых требований и условий его работы в конструкции;

– анализировать фазовые превращения в жидком и твердом состоянии многокомпонентных систем;

– оценивать научные и технические решения с позиций достижения качества продукции, ресурсосбережения и защиты окружающей среды.

 

Возможные места практики

 

ОАО «Светлана-Рентген», Фгуп «Электронстандарт», ОАО «Авангард», «Радар», ФГУП СКТБ «Технолог», ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», ОАО «ЦНИИМ», ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, ИВС РАН, ИХС им. Гребенщикова РАН, ОАО «Завод Вибратор».

 

10.  Лаборатории и оборудование

 

Подготовка магистров по направлению «химическая и биотехнология» осуществляется в помещениях кафедры общей площадью 300 м2.

Лекционные, практические занятия, лабораторные работы проводятся на собственных площадях, в аудиториях и лабораториях кафедры. Лекционные занятия проводятся с использованием мультимедийной техники.

Кафедра «Химической нанотехнологии и материкалов электронной техники» располагает для подготовки магистров современными компьютерами, все компьютеры соединены в локальную вычислительную сеть с выходом в Интернет через отдельный сервер, подключенный к сети университета.

На кафедре действуют нанотехнологический класс на базе шести компьютеров Nano Educator, учебно-научный центр коллективного пользования «Химическая сборка наноматериалов», оснащенный современным исследовательским оборудованием. Некоторые основные приборы и оборудование с указанием их назначения представлены в таблице.

Таблица.

№ п/п

Наименование единицы оборудования

Назначение приборов, технические характеристики

1

Сканирующий зондовый микроскоп 
Solver P47 Pro

Исследование поверхности монокристаллических и мелко-дисперсных образцов методами атомно-силовой, магнитно-силовой, электронно-силовой и сканирующей туннельной микроскопии.

·  Измерения проводятся: на воздухе; в контролируемом газе; в жидкости.

·  Сканирование поверхности XYZ от 3 х 3 х 1,3 до 50 х 50 х 3 мкм с погрешностью фиксации ± 10%.

·  разрешающая способность в режиме СТМ:

в плоскости X-Y - 0,1 нм;

в направлении Z - 0,01 нм;

·  разрешающая способность в режиме АСМ - до 0,1 нм;

·  температура термообработки образца – не выше 130°С.

2

ИК Фурье-спектрометр ФСМ 1201

Предназначен для измерения абсорбции в средней ИК-области спектра; определяет коэффициенты пропускания и поглощение как функцию волнового числа или длины волны.

Укомплектован приставками зеркального (10°) и касатель-ного (80°) отражения от подложек, приставками МНПВО и ЭСДО, что позволяет снимать спектральные характеристикитонкопленочных и мелкодисперсных объектов содержащихмикроколичества модифицирующих веществ. Имеющееся программное обеспечение позволяет проводить как идентификацию спектров, так и количественный анализ образцов.

·  рабочий спектральный диапазон - 7 800 - 400 см-1;

·  спектральное разрешение - 1 см-1;

·  абсолютная погрешность шкалы волновых чисел - ± 0,1 см-1;

·  соотношение сигнал/шум – не хуже 20 000

3

Спектрофото-метр Specord 200

Прибор с низким уровнем рассеянного света для измеренияабсорбции в ультрафиолетовой и видимой областях спектра,определяет коэффициент пропускания, экстинкции или концентрации проб как функцию волнового числа или длины волны. Позволяет определять статические и динами-ческие оптические характеристики жидких и твердых образцов.Укомплектован приставкой измерения отражения образца от 11 до 60°, приставками определения коэффици-ента абсолютного отражения и интегрирующей сферой для ЭСДО, что позволяет снимать спектральные характеристики тонкопленочных и мелкодисперсных объектов содержащих микроколичества модифицирующих веществ. Программное обеспечение позволяет проводить идентификацию спектров, количественный и колориметрический анализ как дисперсных образцов, так и тонких пленок.

·  рабочий спектральный диапазон - 190 – 1 100 нм;

·  разрешающая способность - лучше чем 0,05 нм;

·  погрешность установки длин волн - ± 0,3 нм.

4

Сорбтометр
Sorbi N.4.1

Предназначен для измерений удельной поверхности и геометрических параметров пор дисперсных и пористых материалов путем определения объемов адсорбированного аргона.

·  Метод измерения - многоточечный БЭТ;

·  Газ-адсорбат - N2 или Ar;

·  Диапазон определяемых удельных площадей - от 0,2 до 1000 м2/г;

·  Диапазон задаваемых парциальных давлений - 0,05 - 0,92;

·  Минимальный задаваемый объём пор - 0,00015 мл;

·  Погрешность определения Sуд - не более ± 6 %;

·  Температурный диапазон дегазации образцов - 50 - 400 °С;

·  Точность поддержания температуры - ± 10 °С

5

Дифрактометр настольный рентгеновский ДНР “Дифрей”

Предназначен для рентгеноструктурного анализа поли- и монокристаллических образцов.

·  Диапазон одновременной регистрации спектра:

не менее 16° (для ОЛКД);

не менее 43° (для ОИКД).

·     Полный диапазон регистрации спектра:

от -8° до 140° (для ОЛКД);

от -20° до 140° (для ОИКД).

·  Относительное угловое разрешение по линии (113) Al2O3 - < ±0,9 %.

·  Погрешность определения положения дифракционного пика <± 0,6 %.

6

Дериватограф
 Q-1500D

Предназначен для одновременного определение внутри одной пробы температуры, изменения веса, скорости изменения веса и изменения содержания тепла; возможно проведение как обычных измерений в интервале температур до 1500 °С, так и квази-изотермических квази-изобарных до 1000 °С.

·  Интервал измерений- от 1 до 10 г;

·  Чувствительность - от 20 до 2 000 мг/250 мм.;

·  интервал температур исследования - до 1500 °С;

·  точность измерения температуры - ± 1,0 °С

7

Спектрофото-метр
Specord M 40
с фотометричес-ким шаром

Предназначен для измерения абсорбции в ультрафиолетовой и видимой областях спектра; определяет коэффициент пропус-кания, экстинкции или концентрации проб как функцию волнового числа или длины волны. Применение фотомет-рического шара 8°/d позволяет снимать спектры диффузного рассеяния мелкодисперсных и тонкопленочныхобъектов.

·         Рабочий спектральный диапазон - 54 000 - 11 000 см-1 (» 185 - 900 нм);

·         разрешающая способность:

при 40 000 см-1 - лучше чем 10 см-1 (0,06 нм),

при 20 000 см-1 - лучше чем 5 см-1 (0,12 нм);

·         минимальное значение шага измерения - 1 см-1.

8

Установка для измерения краевого угла смачивания

Позволяет оценить поверхностную энергию материалов, стпень гидрофобности – гидрофильности поверхности по разным жидкостям

9

Установка катодного напыления
JFC–1100C

Позволяет осуществлять напыление тонких пленом различного химического состава и морфологии на поверхность моно- и поликристаллических материалов.

·  мишени: Au, Pt, Cu;

·  размер образца - не более 25 мм

10

Лабораторная установка для формования сферических частиц

Предназначена для получения сферических носителей с развитой удельной поверхностью.

·         температура процесса 20 – 80 ˚С;

·         размеры частиц 0,5 – 3 мм;

·         удельная поверхность 10 –200 м2/г.

11

Лабораторные нанотехнологи-ческие установки

Предназначены для получения наноструктур на поверхности твердых матриц любой геометрической формы.

·         температурные режимы эксплуатации до 800 ˚С,

·         диапазон давлений от атмосферного до 10-6 Па;

·         точность задания состава на атомно-молекулярном уровне;

·         точность задания толщины пленок 0,2 – 0,5 Нм.

12

Учебно-научный вычислительный комплекс

Создан на базе локальной вычислительной сети клиент-серверной архитектуры, имеет выход в Internet. Включает в себя 2 сервера и 14 ПК

Используется следующее ПО:

·         Операционные системы:

на серверах MS Windows Server 2003

на рабочих станциях MS Windows 2000 Professional, ХРProfessional, Vista.

·         Базовое ПО

MS IE 7.0,
Adobe Acrobat Reader 7.0, WinRAR 3.7, Антивирусное ПО

·         ПО учебного процесса.

MathCAD 14, PC GAMESS 7.2, WebLab Viewer 5.0, ACD ChemSketch 1.0

 

 

 

 

Декан факультета

химии веществ и материалов

доц., к.т.н.                                                                               Н.Н. Правдин

 

Научный руководитель

магистерской программы «Технология материалов и изделий электронной техники»,

проф., д.х.н.                                                                             А.А. Малыгин

 

Карта института

Детальная информация

 

Будьте в курсе событий института

Подписывайтесь на ленты новостей

 

Календарь мероприятий

Отдел технических средств обучения
Актовый зал, 102, 104, 413, 414 аудитории

Управление по развитию и социальной работе
Общеинститутские мероприятия


Заявка на проведение мероприятия

 

 .

Партнеры / Partners