Тема 1.Введение. Особенности структуры материалов электронной техники.

УТВЕРЖДАЮ

Зам. руководителя ВИТИ НИЯУ МИФИ

______________________Ю. В. Заяров

«_____» __________________2012 г.

 

 

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

 

«Физическая химия материалов и процессов электронной

Техники»

 

Направление подготовки: 210100«Электроника и наноэлектроника»

 

Профиль подготовки: «Микроэлектроника и твердотельная электроника»

Наименование образовательных программ «Микроэлектроника и

твердотельная электроника»

Квалификация (степень) выпускника бакалавр

 

Форма обучения: очная

 

 

г. Волгодонск, 2012 г

 

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 кредитов, 180 часов.

Аудиторные занятия 90 час.

лекции 36 час.

лабораторные работы 36 час.

практические занятия 18 час.

Самостоятельная работа 54 час.

Форма отчетности:

экзамен 3 семестр

Курс: 2

Семестр: 3

Индекс дисциплины в рабочем компетентностно-ориентированном учебном плане – Б2.ДВ3.

Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры «Техносферная безопасность» №4 ВИТИ НИЯУ МИФИ «____» _________ 201_ г., протокол №____ и рекомендована для подготовки по направлению 210100 Электроника и наноэлектроника

Заведующий кафедрой И.А. Бубликова

 

Рабочая программа учебной дисциплины согласована с выпускающей кафедрой

«Физика и микроэлектроника»ВИТИ НИЯУ МИФИ«__»________201_г., протокол№ ___на 20__/__ учебный год.

 

Заведующий кафедрой В.И.Ратушный

 

Рабочая программа утверждена на заседании Ученого совета ВИТИ НИЯУ МИФИ протокол № ___ от «____» _______________ 201_ г.

 

 

Учебная дисциплина обеспечена основной литературой

Зав. библиотекой ВИТИ НИЯУ МИФИ

З.М. Литвинова

 

 

Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры «Техносферная безопасность» №4 ВИТИ НИЯУ МИФИ «____» _________ 201_ г., протокол №____ и рекомендована для подготовки по направлению 210100 Электроника и наноэлектроника

Заведующий кафедрой И.А. Бубликова

 

 

Рабочая программа учебной дисциплины согласована с выпускающей кафедрой«Физика и микроэлектроника»ВИТИ НИЯУ МИФИ«__»________201_г., протокол № ___на 20__/__ учебный год.

 

Заведующий кафедрой В.И.Ратушный

 

 

Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры «Техносферная безопасность» №4 ВИТИ НИЯУ МИФИ «____» _________ 201_ г., протокол №____ и рекомендована для подготовки по направлению 210100 Электроника и наноэлектроника

 

Заведующий кафедрой И.А. Бубликова

 

 

Рабочая программа учебной дисциплины согласована с выпускающей кафедрой«Физика и микроэлектроника»ВИТИ НИЯУ МИФИ«__»________201_г., протокол№ ___на 20__/__ учебный год.

 

Заведующий кафедрой В.И.Ратушный

 

 

Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры «Техносферная безопасность» №4 ВИТИ НИЯУ МИФИ «____» _________ 201_ г., протокол №____ и рекомендована для подготовки по направлению 210100 Электроника и наноэлектроника

 

Заведующий кафедрой И.А. Бубликова

 

 

Рабочая программа учебной дисциплины согласована с выпускающей кафедрой«Физика и микроэлектроника»ВИТИ НИЯУ МИФИ«__»________201_г., протокол № ___на 20__/__ учебный год.

 

Заведующий кафедрой В.И.Ратушный

 

 

1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ.

Цель дисциплины – приобретение студентами теоретических знаний и практических навыков в области физической химии для анализа свойств материалов электронной техники и процессов их получения.

Задачи дисциплины:

- вооружение обучаемых знаниями о основных физико-химических закономерностях, определяющих свойства материалов электронной техники;

- овладение студентами термодинамическим и кинетическим методами анализа и их применение при получении материалов и компонентов твердотельной электроники;

- понимание основных положений физической химии фаз переменного состава и ее применение для управления составом и свойствами материалов электронной техники;

- умение проводить термодинамические и кинетические расчеты условий получения мате-

риалов электронной техники с заданными свойствами;

- умение анализировать фазовые равновесия на основе Т-х и Р-Т-х диаграмм состояния полупроводниковых систем для выбора условий проведения процессов получения, очистки и легирования полупроводниковых материалов.

 

2. МЕСТО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Данная учебная дисциплина входит в образовательный модуль математического и естественнонаучного цикла раздела«Б.2. Математический и естественнонаучный цикл. Базовая часть» Федерального государственного образовательного стандарта третьего поколения подготовки бакалавров по направлению подготовки 210100 «Электроника и наноэлектроника» профиля подготовки «Микроэлектроника и твердотельная электроника» и является базой для изучения спецкурсов "Вакуумная и плазменная электроника", "Микроэлектроника", «Твердотельная электроника», «Технология материалов электронной техники», «Фазовое равновесие и термодинамические параметры», «Процессы микро- и нанотехнологий», «Методы исследования материалов и структур электроники». Знание ее материалов необходимо при выполнении курсового и дипломного проектирования, а также при практической работе выпускников по специальности.

 

3. КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ / ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАЗОВАНИЯ И КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА ПО ЗАВЕРШЕНИИ ОСВОЕНИЯ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Данная дисциплина участвует в формировании следующих общекультурных и общепрофессиональных компетенций:

-способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

- способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2);

- способность владеть основными приемами обработки и представления эксперименталь-ных данных (ПК-5).

 

В результате освоения дисциплины студент должен:

1. Знать (ОК-10; ПК-2): современные методы расчета и проектирования электронных приборов и устройств, методы разработки и критической оценки новых способов их проектирования, прогнозирование возможных физических свойств и явлений в кристаллах с использованием принципа Кюри, методы структурного и фазового анализов, основанные на дифракции рентгеновских лучей, электронов и нейтронов, функции состояния и основные термодинамические соотношения, основные понятия и определения, касающиеся скорости химических реакций, зависимость теплового эффекта от температуры; закономерности процессов массопереноса и теплопередачи.

2. Уметь (ПК-2): идентифицировать новые области исследований, новые проблемы в сфере физики, проектирования, технологии изготовления и применения электронных приборов и устройств, определять термодинамические характеристики химических реакций и равновесные концентрации веществ, применять методы фазового анализа, термодинамические принципы и методы управления типом и концентрацией точечных дефектов структуры.

3.Владеть / быть в состоянии продемонстрировать (ПК-5): способами разработки моделей исследуемых процессов, материалов, элементов, приборов и устройств электронной техники, методами предсказания протекания возможных химических реакций и их кинетику; методами расчета тепловых эффектов реакций и зависимости теплового эффекта от температуры; методами расчета скорости реакции в зависимости от концентрации компонентов, от давления и температуры.

 

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 кредитов, 180 час.

 

№ п/п	Раздел учебной дисциплины	недели	Виды учебной деятель-ности, включая само-стоятельную работу студентов и трудоем-кость (в часах)	Текущий контроль успева- емости (неделя, форма)	Аттес-тация раздела (неделя, форма)	Максимальный балл за раздел
Лекции	Практические занятия/семинар	Лабораторные работы	Самостоятель-ная работа
___3___ семестр
	Фазовые состоя-ния и структуры материалов элект-ронной техники	1-6					5КПР	6Т
	Термодинамичес- кий метод описа- ния свойств мате- риалов и процес- сов их получения.	7-11					10КПР	11Т
	Кинетика физико-химических про- цессов в техноло- гии полупровод- никовых материа- лов и структур.	12-18					17КПР	18Т
	Экзамен
	Итого за семестр

*100 баллов за семестр, включая экзамен.

Примечание: Т – тест, КПР – контроль практических работ

 

4.1.Наименование тем и их содержание.

Раздел 1. Фазовые состояния и структуры материалов электронной техники

 

Материалов и структур.

Способы описания неравновесных систем. Стационарные и нестационарные процессы. Феноменологические уравнения переноса. Основные положения термодинамики необратимых процессов. Постулаты Онзагера. Термодинамические движущие силы и характеристика потоков вещества и теплоты применительно к технологии полупроводниковых материалов. Кинетическая классификация физико-химических процессов по степени их сложности. Молекулярность и порядок реакции. Скорость химических гомогенных и гетерогенных процессов. Энергия активации. Влияние температуры на скорость процесса. Правило Аррениуса.

Диффузионная кинетика процессов в полупроводниковой технологии. Законы Фика. Связь коэффициента диффузии с атомными характеристиками твердого тела. Зависимость коэффициента диффузии от температуры и концентрации диффундирующего компонента.

Механизмы диффузии примесей и собственных компонентов в полупроводниках. Влияние дефектов структуры на диффузию. Деградация полупроводниковых приборов как следствие диффузионных процессов.

Кинетика гетерогенных химических процессов в технологии полупроводниковых материалов и композиций. Многостадийность, режимы и лимитирующая стадия гетерогенного химического процесса. Кинетика фазовых переходов. Скорости зародышеобразования. Общие скорости фазовых превращений. Факторы, влияющие на кинетику фазовых переходов.

 

Вопросы к экзамену

1. Понятие фазы. Особенности строения кристаллических, аморфных, жидких мезоморфных фаз, явление полиморфизма, термодинамическая устойчивость фаз.

2. Характеристика дальнего и ближнего порядка.

3. Кристаллографическая характеристика фаз. Кристаллографический метод описания внешней формы и внутреннего строения кристаллов.

4. Элементы симметрии кристаллов. Стереографические проекции элементов симметрии и простых форм.

5. Основные типы структур металлов, полупроводников и диэлектриков, используемых в микроэлектронике. Дефекты структуры реальных кристаллов.

6. Связь между симметриями кристалла, физических свойств и явлений. Прогнозирование возможных физических свойств и явлений в кристаллах с использованием принципа Кюри.

7. Методы структурного и фазового анализов, основанные на дифракции рентгеновских

лучей, электронов и нейтронов. Уравнение дифракции Вульфа-Брэгга.

8. Современные представления о характере химической связи в твердых фазах.

Молекулярные и координационные решетки. Химическая связь в структурах типа алмаз и сфалерит.

9. Электроотрицательность. Эффективные заряды атомов в кристаллической решетке соединений.

10. Энергетическая прочность атомных решеток. Расчет энергетической прочности

ионных решеток.

11. Связь между структурными, энергетическими, механическими и электрофизическими

свойствами фаз.

12. Термодинамические системы, функции состояния, процессы.

13. Термодинамические принципы описания фаз и процессов их получения.

14. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Энтальпия реакции и ее зависимость от

температуры.

15. Второе начало термодинамики. Энтропия как критерий равновесия и протекания

процессов в изолированных системах.

16. Энтропия и термодинамическая вероятность. Статистический характер 2-го начала термодинамики.

17. Характеристические функции. Термодинамические потенциалы.

18. Термодинамические критерии направления процессов и условия равновесия в

закрытых системах. Фундаментальные уравнения состояния.

19. Парциальные молярные величины и связь их с интегральными свойствами.

Химический потенциал.

20. Уравнения состояния для открытых систем. Условия протекания процессов в

открытых системах.

21. Уравнение Гиббса - Дюгема. Химический потенциал компонентов смеси идеальных и

реальных газов, жидких и твердых растворов. Понятие активности и летучести.

22. Термодинамический вывод закона действующих масс. Константы равновесия.

23. Уравнения изотермы химической реакции Вант-Гоффа и использование его для

управления физико-химическими процессами в полупроводниковой технологии.

24. Влияние температуры и давления пара на химическое равновесие. Уравнения изохоры

и изобары химической реакции.

25. Химическая координата (переменная). Зависимость свободной энергии системы от

химической координаты.

26. Использование химической переменной для анализа технологических процессов,

сопровождающихся одновременным протеканием нескольких химических реакций.

27. Химические равновесия в технологии получения полупроводниковых материалов.

28. Термодинамические критерии равновесия фаз. Правило фаз Гиббса.

29. Фазовые переходы в однокомпонентных системах. Уравнения Клаузиуса –

Клапейрона. Р-Т диаграмма состояния однокомпонентной системы.

30. Фазовые переходы второго рода. Термодинамическая теория переходов 2-го рода.

31. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах. Зависимость термодинамических

функций от состава гетерогенной смеси компонентов.

32. Термодинамические функции смешения, зависимость их от состава. Определение

химического потенциала из концентрационной зависимости свободной энергии Гиббса.

33. Методы фазового анализа. Графический метод определения состава равновесных фаз.

Правило рычага.

34. Термодинамическое обоснование основных типов диаграмм состояния с помощью

концентрационной зависимости свободной энергии системы.

35. Диаграммы состояния с неограниченной и ограниченной растворимостью

компонентов.

36. Диаграммы состояния с эвтектическими и перетектическими превращениями, с

химическим соединением.

37. Идеальные и разбавленные растворы. Состав пара над раствором. Законы Генри,

Рауля, Коновалова, Р-х - диаграммы.

38. Неидеальные растворы. Избыточные термодинамические функции. Коэффициент

активности как мера отклонения от идеальности.

39. Термодинамическая классификация растворов. Концепция регулярного раствора,

квазихимическое приближение.

40. Параметр взаимодействия. Связь коэффициента активности с параметром

взаимодействия.

41. Аналитическое описание двухфазных равновесий в бинарных системах.

42. Термодинамический анализ растворимости примесей в полупроводниках. Распад

твердых растворов.

43. Трехфазные равновесия в бинарных системах на основе полупроводниковых фаз.

Основные типы Р-Т-х – диаграмм состояния полупроводниковых систем.

44. Термодинамическое обоснование теплового разупорядочения кристаллической

решетки.

45. Энтальпия образования дефектов по В. Шоттки и Я. Френкелю. Конфигурационная

энтропия и свободная энергия кристаллов с дефектами. Зависимость концентрации точечных дефектов от температуры.

46. Дефекты, связанные с отклонением состава фаз от стехиометрического. Физико-

химические основы управления типом и концентрацией точечных дефектов в кристаллических фазах переменного состава.

47.Квазихимические уравнения образования дефектов в фазах переменного состава при

равновесии их с паром. Р-Т-х диаграммы состояния с соединениями переменного состава.

48. Использование равновесий пар – кристалл для управления типом и концентрацией

точечных дефектов в кристаллических фазах и композициях на их основе.

49. Основные типы точечных дефектов легированных кристаллов. Механизмы

растворимости примесей. Взаимодействие примесных и собственных точечных дефектов.

50. Способы описания неравновесных систем. Стационарные и нестационарные процессы.

51. Термодинамические движущие силы и характеристика потоков вещества и теплоты

применительно к технологии полупроводниковых материалов.

52. Кинетическая классификация физико-химических процессов по степени их

сложности. Молекулярность и порядок реакции.

53. Скорость химических гомогенных и гетерогенных процессов. Энергия активации.

Влияние температуры на скорость процесса. Правило Аррениуса.

54. Связь коэффициента диффузии с атомными характеристиками твердого тела.

Зависимость коэффициента диффузии от температуры и концентрации диффундирующего компонента.

55. Механизмы диффузии примесей и собственных компонентов в полупроводниках.

Влияние дефектов структуры на диффузию. Деградация полупроводниковых приборовкак следствие диффузионных процессов.

56. Кинетика гетерогенных химических процессов в технологии полупроводниковых

материалов и композиций. Многостадийность, режимы и лимитирующая стадия гетерогенного химического процесса.

57. Кинетика фазовых переходов. Скорости зародышеобразования. Общие скорости

фазовых превращений. Факторы, влияющие на кинетику фазовых переходов.

58. Физико-химические явления на границе раздела фаз и их роль в технологических

процессах микроэлектроники. Свободная и полная поверхностные энергии, поверхностное натяжение.

59. Смачивание, адгезия, капиллярные явления.

60. Адсорбция на границе жидкость-газ. Уравнение Гиббса.

61. Адсорбция на границе твердое тело-газ. Адсорбция на границе твердое тело – раствор.

Изотерма адсорбции Лэнгмюра.

62. Молекулярная адсорбция, хемосорбция, десорбция. Использование поверхностных

явлений в процессах разделения материалов и глубокой очистки полупроводников отпримесей.

 

Литература

а) основная:

1. Гуревич, А.Г.Физика твердого тела [Текст]: учеб.пособие для вузов / А. Г. Гуревич; ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. - СПб.: Невский Диалект;: БХВ-Петербург, 2004. - 320 с.: ил. - ISBN 5-7940-0117-8: 114-00.

2.Физическая химия [Текст]: учеб.для вузов. В 2 кн. Кн. 1: Строение вещества. Термодинамика / [Воробьев, Н.К.], [Годнев, И.Н.], [Васильева, В.Н.] и др.; под ред. К.С. Краснова. - Изд. 3-е, испр. - М.: Высш. шк., 2001. - 512 с.: ил. - Гр. - ISBN 5-06-004025-9: 70-00.

3.Павлов, П.В.Физика твердого тела [Текст]: учеб.для вузов / П. В. Павлов, А. Ф. Хохлов. - 3-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2000. - 494 с.: ил. - Гр. - ISBN 5-06-003770-3: 85-00.

4.Марголин, В.И. Физические основы микроэлектроники [Текст]: учеб.для вузов / В. И. Марголин, В. А. Жабрев, В. А. Тупик. - М.: Академия, 2008. - 400 с. - Гр. - ISBN 978-5-7695-4227-5: 603-00.

5.Стромберг, А.Г. Физическая химия [Текст]: учеб.для вузов / А. Г. Стромберг, Д. П. Семченко; под ред. А.Г. Стромберга. - М.: Высш. шк., 2001. - 527 с.: ил. - Гр. - ISBN 5-06-003627-8: 88-00.

 

б) дополнительная:

6. Корольков, Д.В. Основы теоретической химии [Текст]: учеб.пособие для вузов / Д. В. Корольков, Г. А. Скоробогатов. - М.: Академия, 2004. - 352 с.: ил. - (Высшее профессиональное образование). - Гр. - ISBN 5-7695-1442-6: 187-00.

7. Практикум по физической химии [Текст]: учеб.пособие для вузов / под ред. М.И. Гельфмана. - СПб.: Лань, 2004. - 256 с.: ил. - (Учебники для вузов.Специальная литература). - Гр. - ISBN 5-8114-0537-5: 95-04.

8. Байрамов, В.М. Основы электрохимии [Текст]: учеб.пособие для вузов / В. М. Байрамов; под ред. В.В. Лунина. - М.: Академия, 2005. - 240 с.: ил. - (Высшее профессиональное образование). - Гр. - ISBN 5-7695-1985-1: 578-00.

9. Ормонт Б.Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимия полупроводников. – М.:

Высшая школа, 1982.

10.Ковтуненко П.В. Физическая химия твердого тела. Кристаллы с дефектами. –М.: Высшая школа, 1993.

11.Булярский С.В., Фистуль В.И. Термодинамика и кинетика взаимодействующих дефектов в полупроводниках. –М.: Наука, 1997.

 

в) программное обеспечение и интернет- ресурсы:

16. Электронный учебник по химии. http://www.hemi.nsu.ru/

 

 

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

 

Учебная дисциплина обеспечена учебно-методической документацией и материалами,

химической лабораторией, приборами и реактивами. Ее содержание представлено в локальнойсети факультета и кафедры и находится в режиме свободного доступа для студентов. Доступстудентов для тренинга по прохождению тестовых заданий и для самостоятельной подготовкиосуществляется через компьютеры дисплейного класса (в стандартной комплектации).

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО подготовки бакалавров по направлению«Электроника и наноэлектроника».

 

9. СВЕДЕНИЯ О СОСТАВИТЕЛЯХ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ

 

Автор: к.х.н., доцент кафедры «Техносферная безопасность» В.М.Сапельников

Рецензент: д.т.н., профессор кафедры «Техносферная безопасность» В.В.Сахаров

 

УТВЕРЖДАЮ

Зам. руководителя ВИТИ НИЯУ МИФИ

______________________Ю. В. Заяров

«_____» __________________2012 г.

 

 

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

 

«Физическая химия материалов и процессов электронной

Техники»

 

Направление подготовки: 210100«Электроника и наноэлектроника»

 

Профиль подготовки: «Микроэлектроника и твердотельная электроника»

Наименование образовательных программ «Микроэлектроника и

твердотельная электроника»

Квалификация (степень) выпускника бакалавр

 

Форма обучения: очная

 

 

г. Волгодонск, 2012 г

 

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 кредитов, 180 часов.

Аудиторные занятия 90 час.

лекции 36 час.

лабораторные работы 36 час.

практические занятия 18 час.

Самостоятельная работа 54 час.

Форма отчетности:

экзамен 3 семестр

Курс: 2

Семестр: 3

Индекс дисциплины в рабочем компетентностно-ориентированном учебном плане – Б2.ДВ3.

Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры «Техносферная безопасность» №4 ВИТИ НИЯУ МИФИ «____» _________ 201_ г., протокол №____ и рекомендована для подготовки по направлению 210100 Электроника и наноэлектроника

Заведующий кафедрой И.А. Бубликова

 

Рабочая программа учебной дисциплины согласована с выпускающей кафедрой

«Физика и микроэлектроника»ВИТИ НИЯУ МИФИ«__»________201_г., протокол№ ___на 20__/__ учебный год.

 

Заведующий кафедрой В.И.Ратушный

 

Рабочая программа утверждена на заседании Ученого совета ВИТИ НИЯУ МИФИ протокол № ___ от «____» _______________ 201_ г.

 

 

Учебная дисциплина обеспечена основной литературой

Зав. библиотекой ВИТИ НИЯУ МИФИ

З.М. Литвинова

 

 

Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры «Техносферная безопасность» №4 ВИТИ НИЯУ МИФИ «____» _________ 201_ г., протокол №____ и рекомендована для подготовки по направлению 210100 Электроника и наноэлектроника

Заведующий кафедрой И.А. Бубликова

 

 

Рабочая программа учебной дисциплины согласована с выпускающей кафедрой«Физика и микроэлектроника»ВИТИ НИЯУ МИФИ«__»________201_г., протокол № ___на 20__/__ учебный год.

 

Заведующий кафедрой В.И.Ратушный

 

 

Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры «Техносферная безопасность» №4 ВИТИ НИЯУ МИФИ «____» _________ 201_ г., протокол №____ и рекомендована для подготовки по направлению 210100 Электроника и наноэлектроника

 

Заведующий кафедрой И.А. Бубликова

 

 

Рабочая программа учебной дисциплины согласована с выпускающей кафедрой«Физика и микроэлектроника»ВИТИ НИЯУ МИФИ«__»________201_г., протокол№ ___на 20__/__ учебный год.

 

Заведующий кафедрой В.И.Ратушный

 

 

Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры «Техносферная безопасность» №4 ВИТИ НИЯУ МИФИ «____» _________ 201_ г., протокол №____ и рекомендована для подготовки по направлению 210100 Электроника и наноэлектроника

 

Заведующий кафедрой И.А. Бубликова

 

 

Рабочая программа учебной дисциплины согласована с выпускающей кафедрой«Физика и микроэлектроника»ВИТИ НИЯУ МИФИ«__»________201_г., протокол № ___на 20__/__ учебный год.

 

Заведующий кафедрой В.И.Ратушный

 

 

1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ.

Цель дисциплины – приобретение студентами теоретических знаний и практических навыков в области физической химии для анализа свойств материалов электронной техники и процессов их получения.

Задачи дисциплины:

- вооружение обучаемых знаниями о основных физико-химических закономерностях, определяющих свойства материалов электронной техники;

- овладение студентами термодинамическим и кинетическим методами анализа и их применение при получении материалов и компонентов твердотельной электроники;

- понимание основных положений физической химии фаз переменного состава и ее применение для управления составом и свойствами материалов электронной техники;

- умение проводить термодинамические и кинетические расчеты условий получения мате-

риалов электронной техники с заданными свойствами;

- умение анализировать фазовые равновесия на основе Т-х и Р-Т-х диаграмм состояния полупроводниковых систем для выбора условий проведения процессов получения, очистки и легирования полупроводниковых материалов.

 

2. МЕСТО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Данная учебная дисциплина входит в образовательный модуль математического и естественнонаучного цикла раздела«Б.2. Математический и естественнонаучный цикл. Базовая часть» Федерального государственного образовательного стандарта третьего поколения подготовки бакалавров по направлению подготовки 210100 «Электроника и наноэлектроника» профиля подготовки «Микроэлектроника и твердотельная электроника» и является базой для изучения спецкурсов "Вакуумная и плазменная электроника", "Микроэлектроника", «Твердотельная электроника», «Технология материалов электронной техники», «Фазовое равновесие и термодинамические параметры», «Процессы микро- и нанотехнологий», «Методы исследования материалов и структур электроники». Знание ее материалов необходимо при выполнении курсового и дипломного проектирования, а также при практической работе выпускников по специальности.

 

3. КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ / ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАЗОВАНИЯ И КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА ПО ЗАВЕРШЕНИИ ОСВОЕНИЯ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Данная дисциплина участвует в формировании следующих общекультурных и общепрофессиональных компетенций:

-способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

- способность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2);

- способность владеть основными приемами обработки и представления эксперименталь-ных данных (ПК-5).

 

В результате освоения дисциплины студент должен:

1. Знать (ОК-10; ПК-2): современные методы расчета и проектирования электронных приборов и устройств, методы разработки и критической оценки новых способов их проектирования, прогнозирование возможных физических свойств и явлений в кристаллах с использованием принципа Кюри, методы структурного и фазового анализов, основанные на дифракции рентгеновских лучей, электронов и нейтронов, функции состояния и основные термодинамические соотношения, основные понятия и определения, касающиеся скорости химических реакций, зависимость теплового эффекта от температуры; закономерности процессов массопереноса и теплопередачи.

2. Уметь (ПК-2): идентифицировать новые области исследований, новые проблемы в сфере физики, проектирования, технологии изготовления и применения электронных приборов и устройств, определять термодинамические характеристики химических реакций и равновесные концентрации веществ, применять методы фазового анализа, термодинамические принципы и методы управления типом и концентрацией точечных дефектов структуры.

3.Владеть / быть в состоянии продемонстрировать (ПК-5): способами разработки моделей исследуемых процессов, материалов, элементов, приборов и устройств электронной техники, методами предсказания протекания возможных химических реакций и их кинетику; методами расчета тепловых эффектов реакций и зависимости теплового эффекта от температуры; методами расчета скорости реакции в зависимости от концентрации компонентов, от давления и температуры.

 

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 кредитов, 180 час.

 

№ п/п	Раздел учебной дисциплины	недели	Виды учебной деятель-ности, включая само-стоятельную работу студентов и трудоем-кость (в часах)	Текущий контроль успева- емости (неделя, форма)	Аттес-тация раздела (неделя, форма)	Максимальный балл за раздел
Лекции	Практические занятия/семинар	Лабораторные работы	Самостоятель-ная работа
___3___ семестр
	Фазовые состоя-ния и структуры материалов элект-ронной техники	1-6					5КПР	6Т
	Термодинамичес- кий метод описа- ния свойств мате- риалов и процес- сов их получения.	7-11					10КПР	11Т
	Кинетика физико-химических про- цессов в техноло- гии полупровод- никовых материа- лов и структур.	12-18					17КПР	18Т
	Экзамен
	Итого за семестр

*100 баллов за семестр, включая экзамен.

Примечание: Т – тест, КПР – контроль практических работ

 

4.1.Наименование тем и их содержание.

Раздел 1. Фазовые состояния и структуры материалов электронной техники

 

Тема 1.Введение. Особенности структуры материалов электронной техники.

Важность физической химии как теоретической базы развития современных технологических методов получения полупроводниковых материалов, приборов и элементов микроэлектроники с заданными свойствами. Тенденция развития основных направлений и методов физической химии материалов электронной техники.

Характеристика фазы, особенности строения кристаллических, аморфных, жидких мезоморфных фаз, явление полиморфизма, термодинамическая устойчивость фаз. Кристаллографический метод описания внешней формы и внутреннего строения кристаллов. Характеристика дальнего и ближнего порядка. Особенности строения кристаллических, аморфных, жидких мезоморфных фаз, явление полиморфизма, термодинамическая устойчивость фаз. Элементы симметрии кристаллов. Стереографические проекции элементов симметрии и простых форм. Основные типы структур металлов, полупроводников и диэлектриков, используемых в микроэлектронике. Дефекты структуры реальных кристаллов. Прогнозирование возможных физических свойств и явлений в кристаллах с использованием принципа Кюри. Методы структурного и фазового анализов, основанные на дифракции рентгеновских лучей, электронов и нейтронов. Уравнение дифракции Вульфа-Брэгга.

 

Тема 2.Элементы энергетической кристаллохимии.

Современные представления о характере химической связи в твердых фазах. Молекулярные и координационные решетки. Химическая связь в структурах типа алмаз и сфалерит. Электроотрицательность. Эффективные заряды атомов в кристаллической решетке соединений.

Расчет энергетической прочности ионных решеток. Ионные и атомные радиусы. Энергетическая прочность атомных решеток. Энергия атомизации и способы ее оценки. Связь между структурными, энергетическими, механическими и электрофизическими свойствами фаз.