Материаловедение

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

«МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»

для направления 220400.62 «Управление в технических системах» подготовки бакалавра

Автор программы: , к. ф.-м. н., доцент, *****@***ru

Одобрена на заседании кафедры Микросистемная техника, материаловедение и технологии «___»____________ 20 г

Зав. кафедрой __________________

Рекомендована секцией УМС Нанотехнологии и микросистемная техника

«___»____________ 20 г

Председатель __________________

Утверждена УС факультета Электроники и телекоммуникаций «___»_____________20 г.

Ученый секретарь ________________________

Москва, 2012

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

1.  Цели и задачи дисциплины.

Целью дисциплины является освоение компетенции ПК-1 путем изучения взаимосвязи между химическим составом, структурой и физическими свойствами материалов для производства устройств электроники, основных групп материалов, их свойств и областей применения.

Базовыми дисциплинами являются: высшая математика, физика, химия.

Изучение дисциплины направлено на решение следующих практических задач:

приобретения навыков экспериментального определения физических свойств материалов;

освоения принципов выбора материала для производства элементов электронной техники с заданным уровнем физических параметров.

2.  Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

В результате изучения дисциплины студенты должны иметь основные представления: о физической сущности явлений, происходящих в материалах в условиях производства и эксплуатации; о взаимосвязи структуры материалов с их свойствами; об основных современных материалах, применяемых в электронной технике; уметь оценивать поведение материала и определять причины отказов устройств электроники при воздействии на них различных эксплуатационных факторов; обоснованно выбирать материал и при необходимости его обработку для получения необходимой структуры и свойств, обеспечивающих высокую надежность и долговечность элементов электронной техники; владеть навыками выбора материалов различного назначения, а также работы с приборами, позволяющими определять свойства и оценивать функциональные характеристики материалов.

3.  Объем дисциплины и виды учебной работы.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
3	-	-	-
Общая трудоемкость дисциплины	126	126	-	-	-
Аудиторные занятия	54	54	-	-	-
Лекции (Л)	18	18	-	-	-
Практические занятия (ПЗ)	-	-	-	-	-
Семинары (С)	-	-	-	-	-
Лабораторные работы (ЛР)	18	18	-	-	-
и (или) другие виды аудиторных занятий	-	-	-	-	-
Самостоятельная работа	72	72	-	-	-
Курсовой проект (работа)	-	-	-	-	-
Расчетно-графическая работа	-	-	-	-	-
Реферат	-	-	-	-	-
Домашнее задание	6	6	-	-	-
Вид итогового контроля (зачёт, экзамен)	зачёт	зачёт	-	-	-

4.  Содержание дисциплины.

4.1.  Разделы дисциплины и виды занятий.

№№ п/п	Раздел дисциплины	Л час.	С час.	ЛР час.
1	Теория сплавов	6	0	4
2	Проводниковые материалы	2	0	4
3	Магнитные материалы	2	0	4
4	Диэлектрические материалы	4	0	4
5	Полупроводниковые материалы	4	0	0

4.2.  Содержание разделов дисциплины.

Введение. Классификация материалов по составу, свойствам и назначению.

Раздел 1. Теория сплавов.

Кристаллическое строение материалов. Дефекты кристаллического строения. Анизотропия свойств кристаллов. Механические свойства. Кристаллизация. Полиморфизм. Аморфное состояние. Строение сплавов. Диаграммы состояния. Основы термической обработки материалов.

Раздел 2. Проводниковые материалы.

Физические процессы в проводниках и их свойства: общие сведения о проводниках; физическая природа электропроводности металлов; температурная зависимость удельного сопротивления металлических проводников; влияние примесей и других структурных дефектов на удельное сопротивление металлов; электрические свойства металлических сплавов; сопротивление проводников на высоких частотах; сопротивление тонких металлических плёнок; размерные эффекты; контактные явления и термоэлектродвижущая сила.

Проводниковые материалы: классификация.

Раздел 3. Магнитные материалы.

Физические процессы в магнитных материалах и их свойства: общие сведения о магнетизме; классификация материалов по магнитным свойствам; природа ферромагнитного состояния; процессы, происходящие при намагничивании ферромагнетиков; влияние температуры на магнитные свойства ферромагнетиков; поведение ферромагнетиков в переменных магнитных полях; особенности ферромагнетиков; доменные структуры в тонких магнитных плёнках.

Магнитные материалы: классификация.

Раздел 4. Диэлектрические материалы.

Физические процессы в диэлектриках и их свойства: поляризация диэлектриков; токи смещения и электропроводность диэлектриков; потери в диэлектриках; пробой диэлектриков.

Пассивные диэлектрики: классификация; основные сведения о строении и свойствах полимеров; линейные полимеры; композиционные порошковые пластмассы и слоистые пластики; электроизоляционные компаунды; неорганические стёкла; ситаллы; керамика.

Активные диэлектрики: классификация.

Раздел 5. Полупроводниковые материалы.

Физические процессы в полупроводниках и их свойства: собственные и примесные полупроводники; основные и неосновные носители заряда; температурная зависимость концентрации носителей заряда; механизмы рассеяния и подвижность носителей заряда; температурная зависимость удельной проводимости; неравновесные носители заряда и механизмы рекомбинации; оптические и фотоэлектрические свойства явления в полупроводниках; термоэлектрические явления и эффект Холла в полупроводниках; электропроводность полупроводников в сильном электрическом поле.

Полупроводниковые материалы: классификация.

4.3.  Понедельный план проведения лекционных и практических занятий.

№ лекции	Содержание разделов дисциплины
1-3.	Лекция: Введение. Раздел 1. Классификация материалов по составу, свойствам и назначению. Кристаллическое строение материалов. Дефекты кристаллического строения. Анизотропия свойств кристаллов. Механические свойства. Кристаллизация. Полиморфизм. Аморфное состояние. Строение сплавов. Диаграммы состояния. Основы термической обработки материалов.
4.	Лекция: Раздел 2. Общие сведения о проводниках. Физическая природа электропроводности металлов. Температурная зависимость удельного сопротивления металлических проводников. Влияние примесей и других структурных дефектов на удельное сопротивление металлов. Электрические свойства металлических сплавов. Сопротивление проводников на высоких частотах. Сопротивление тонких металлических плёнок. Размерные эффекты. Контактные явления и термоэлектродвижущая сила. Проводниковые материалы: классификация
5.	Лекция: Раздел 3. Общие сведения о магнетизме. Классификация материалов по магнитным свойствам. Природа ферромагнитного состояния. Процессы, происходящие при намагничивании ферромагнетиков. Влияние температуры на магнитные свойства ферромагнетиков. Поведение ферромагнетиков в переменных магнитных полях. Особенности ферромагнетиков. Доменные структуры в тонких магнитных плёнках. Магнитные материалы: классификация.
6-7.	Лекция: Раздел 4. Поляризация диэлектриков. Токи смещения и электропроводность диэлектриков. Потери в диэлектриках. Пробой диэлектриков. Классификация диэлектриков.
8-9.	Лекция: Раздел 5. Собственные и примесные полупроводники. Основные и неосновные носители заряда. Температурная зависимость концентрации носителей заряда. Механизмы рассеяния и поджвижность носителей заряда. Температурная зависимость удельной проводимости. Неравновесные носители заряда и механизмы рекомбинации. Оптические и фотоэлектрические свойства явления в полупроводниках. Термоэлектрические явления и эффект Холла в полупроводниках. Электропроводность полупроводников в сильном электрическом поле. Полупроводниковые материалы: классификация.

5.  Лабораторный практикум.

№№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование лабораторных работ
1.	1.	№ 1 Металлографический анализ металлов и сплавов
2.	2.	№ 7. Электрические свойства металлов и сплавов
3.	3.	№ 8. Изучение влияния химического состава, обработки и условий испытания на магнитные характеристики магнитно-мягких материалов
4.	4.	№ 14. Поляризация и диэлектрические потери в твердых диэлектриках

6.  Практические занятия

На практических занятиях студенты осваивают методику анализа диаграмм состояния I, II, III и IV родов, в том числе применение закона Гиббса и правила отрезков, знакомятся с проводниковыми, магнитными, диэлектрическими и полупроводниковыми материалами, их свойствами и возможным практическим применением.

7.  Самостоятельная работа студентов (тематика)

Самостоятельная работа студентов в течение семестра с объёмом 72 часа должна быть направлена на углубленное изучение дисциплины в соответствии со списком основной и дополнительной литературы.

8.  Учебно-методическое обеспечение дисциплины.

Рекомендуемая литература.

Основная:

1. , Пряхин : Учебник для вузов. СПб.: Химиздат, 2007. – 784 с.

2. , . Материалы электронной техники. М.: Лань, 20с.

3. , , и др. Новые материалы. Под ред. . М.: МИСиС, 20с.

4. , . Материаловедение полупроводников и диэлектриков. М.: МИСИС, 20с.

Дополнительная:

1. . Сверхпроводящие материалы. М: МИЭМ, 19с.

2. . Воздействие ионизирующих излучений на электрофизические свойства диэлектриков. М: МИЭМ, 19с.

3. Электрорадиоматериалы. Под ред. . М.: «Высшая школа», 19с.

9.  Материально-техническое обеспечение дисциплины.

Учебные лаборатории кафедры "Материаловедение электронной техники": металлографического анализа (металломикроскопы, коллекции металлографических шлифов, альбомы микрофотографий структуры материалов, плакаты с диаграммами равновесия двойных систем), физических свойств материалов (стенды для изучения электрических и магнитных свойств материалов, стенд для изучения поляризации и диэлектрических потерь в твёрдых диэлектриках, коллекции образцов, персональные компьютеры).

Программа составлена в соответствии с ФГОС ВПО по направлению подготовки 220400.62 "Управление в технических системах".