Рабочая программа учебной дисциплины «Элементы и приборы нанотехнологии»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ) ___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика

Магистерская программа: Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«Элементы и приборы нанотехнологии»

Цикл:	общенаучный
Часть цикла:	вариативный
№ дисциплины по учебному плану:	ИТАЭ; М.1.4
Часов (всего) по учебному плану:	288
Трудоемкость в зачетных единицах:	8	1 семестр – 4 2 семестр – 4
Лекции	72 часа	1 семестр – 36 2 семестр – 36
Практические занятия	36 часов	1 семестр – 18 2 семестр - 18
Лабораторные работы	54 часа	1 семестр – 36 2 семестр - 18
Расчетные задания, рефераты	36 часов самост работы	1, 2 семестр
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)	126 часов	1, 2 семестр
Экзамены	54 часов самост. работы	1, 2 семестр
Курсовые проекты (работы)	2 у. е. (72 часа)	2 семестр

Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является

Изучение принципов действия, конструкций, материалов и методов создания элементов и устройств нано - и микроэлектроники, микро - и наносистемной техники (МСТ и НСТ).

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

самостоятельно анализировать принципы действия, конструкции, методы изготовления элементов и устройств нано - и микроэлектроники, МСТ и НСТ; осуществлять классификацию устройств микроэлектроники, микромеханики и микросенсорики; самостоятельно подбирать эффективный метод экспериментального анализа исполнительных элементов устройств;

·  самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности, расширять и углублять своё научное мировоззрение, в том числе с помощью информационных технологий (ОК-6);

·  использовать углубленные теоретические и практические знания, которые находятся на передовом рубеже науки и техники в области профессиональной деятельности (ПК-2);

·  к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов (в соответствии с целями магистерской программы) (ПК - 7);

анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по исследованию элементов устройств; использовать информацию о новых видах исследовательского и технологического оборудования и методах исследования.

Задачами дисциплины являются

·  познакомить обучающихся с особенностями конструкций, материалов;

·  научить обосновывать выбор методов изготовления элементов и устройств,

·  дать информацию о методах для исследований и контроля элементов и устройств.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части общенаучного цикла М1.4 основной образовательной программы подготовки магистров, обучающихся по программе «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике» направления 140700 Ядерная энергетика и теплофизика.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Электротехника и электроника», "Квантовая и оптическая электроника», «Материаловедение и технология конструкционных материалов», «Процессы получения наночастиц и наноматериалов, нанотехнологии» и учебно-производственной практике.

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении выпускной квалификационной работы магистра и изучении дисциплин «Системы МЭМС и НЭМС (микро - и нано электромеханические системы)», «Проблемы и перспективы наноэнергетики».

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Знать:

·  основные типы и элементы нано - и микроэлектронных устройств, устройств МСТ и НСТ;

·  основные материалы элементов нано - и микроэлектронных устройств, устройств МСТ и НСТ;

·  основные методы получения и обработки элементов нано - и микроэлектронных устройств, устройств МСТ и НСТ;

·  источники научно-технической информации (отечественные и зарубежные периодические издания, сайты Интернет) по нано - и микроэлектронным устройствам, устройств МСТ и НСТ;

Уметь:

·  готовностью выполнять научные исследования в области проектирования и создания аппаратов новой техники (ПК-22);

самостоятельно разбираться в методиках исследования элементов устройств и уметь применять их для решения поставленной задачи; осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию о принципах функционирования, конструкциями и технологиями; работать с электронными микроскопами; работать со сканирующим нанотвердомером; работать с атомно-силовой микроскопией (АСМ).

Владеть:

·  способностью использовать современные достижения науки и техники в соответствующей области, специальную литературу и другие информационные данные для решения профессиональных задач, отечественный и зарубежный опыт, современные компьютерные информационные технологии, методы анализа, синтеза и оптимизации в научно-исследовательских работах (ПК-16);

навыками дискуссии по профессиональной тематике; терминологией в области нано - и микроэлектронным устройств, устройств МСТ и НСТ; навыками поиска информации о методах моделирования, проектирования, технологии и исследования в области нано - и микроэлектронным устройств, устройств МСТ и НСТ; навыками работы с электронными микроскопами; навыками работы со сканирующим нанотвердомером; навыками работы с АСМ.

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единиц, 288 часа.

№ п/п	Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации (по семестрам)	Всего часов на раздел	Семестр	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)	Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
лк	пр	лаб	сам.
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Введение в микро - и наноэлектронику, нано - и микросистемную технику.	18	1	6	2	8	2	Подготовка к лабораторной работе и расчетного задания
2	Элементы и устройства микро - и наноэлектроники	23	1	8	4	8	3	Подготовка к лабораторной работе и расчетного задания
3	Элементы и устройства МСТ и НСТ.	22	1	8	4	8	2	Подготовка к лабораторной работе и расчетного задания
4	Наноразмерные исполнительные элементы.	18	1	6	4	6	2	Подготовка к лабораторной работе и расчетного задания
5	Материалы для устройств МСТ, НСТ, нано - и микроэлектроники.	20	1	8	4	6	2	Подготовка к лабораторной работе и расчетного задания
6	Основные технологии устройств нано - и микроэлектроники, МСТ, НСТ.	15	2	6	4	2	3	Подготовка к лабораторной работе и расчетного задания
7	Методы формирования функциональных слоев.	13	2	6	2	2	3	Подготовка к лабораторной работе и расчетного задания
8	Методы формирования полупроводников и структур в полупроводниках	9	2	2	2	2	3	Подготовка к лабораторной работе и расчетного задания
9	Специальные методы формирования исполнительных элементов устройств МСТ и НСТ.	13	2	6	2	2	3	Подготовка к лабораторной работе и расчетного задания
10	Корпусирование устройств микро - и наноэлектроники, МСТ и НСТ.	11	2	4	2	2	3	Подготовка к лабораторной работе и расчетного задания
11	Средства и методы контроля исполнительных элементов и устройств микро - и наноэлектроники, МСТ и НСТ.	17	2	6	4	4	3	Подготовка к лабораторной работе и расчетного задания
12	Нанотехнологии для устройств МСТ, НСТ, нано - и микроэлектроники.	15	2	6	2	4	3	Подготовка к лабораторной работе и расчетного задания
	Расчетное задание	36	1,2				36	Подготовка отчетов
	Зачет	4	1, 2	--	--	--	4	Презентация и защита расчетного задания
	Экзамен	54	1, 2	--	--	--	54	устный
	Итого:	288		72	36	54	126
	Курсовой проект	72	2		18		54	Защита проекта

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции:

1 семестр

1. Введение в микро - и наноэлектронику, нано - и микросистемную технику.

Основные понятия и определения. Аббревиатуры. Понятие о полупроводниковых, гибридных интегральных схемах (ИС), устройствах МСТ и НСТ. Их классификация.

2. Элементы и устройства микро - и наноэлектроники

Аналоговые и цифровые СБИС. СВЧ ИС в микроэлектронном исполнении. Наноразмерные компоненты ИС.

3. Элементы и устройства МСТ и НСТ.

Сенсорные и актюаторные устройства МСТ и НСТ. Принципы действия. Исполнительные элементы сенсорных и актюаторных устройств МСТ и НСТ.

4. Наноразмерные исполнительные элементы.

Наноразмерные исполнительные элементы сенсорных и актюаторных устройств МСТ и НСТ, в том числе деформируемые и недеформируемые, композиционные слоистые, металлические, на основе сплавов.

5. Материалы для устройств МСТ, НСТ, нано - и микроэлектроники.

Полупроводниковые, диэлектрические и металлические материалы. Резистивные сплавы. Слоистые композиционные материалы. Органические диэлектрики. Фоточувствительные композиции.

2 семестр

6. Основные технологии устройств нано - и микроэлектроники, МСТ, НСТ.

Технологии «сверху вниз» и «снизу вверх». Моделирование и проектирование. Методы формирования топологического рисунка. Литография. Нанолитография. Наноимпринтинг.

7. Методы формирования функциональных слоев.

Вакуумные процессы. Термовакуумное, магнетронное, реактивное магнетронное, высокачастотное (ВЧ) магнетронное распыление. Осаждение из газовой фазы. Плазменностимулированные методы осаждения.

8. Методы формирования полупроводников и структур в полупроводниках

Метод Чохральского. Ориентация и резка полупроводниковых буль. Эпитаксия. Гомо - и гетероэпитаксия. Ионное легирование. Термические процессы: диффузия, окисление кремния.

9. Специальные методы формирования исполнительных элементов устройств МСТ и НСТ.

Объемная и поверхностная микроообработка. Технология «жертвенных» слоев.

10. Корпусирование устройств микро - и наноэлектроники, МСТ и НСТ.

Типы корпусов. Методы сборки и монтажа. Типы резки пластин на чипы.

11. Средства и методы контроля исполнительных элементов и устройств микро - и наноэлектроники, МСТ и НСТ.

Входной, межоперационный и выходной контроль при изготовлении. Оптическая, электронная, атомно-силовая и туннельная микроскопия. Рентгенодифрактометрия. Микроинтерферометрия. Профилометрия.

12. Нанотехнологии для устройств МСТ, НСТ, нано - и микроэлектроники.

Определение технологии и нанотехнологий. Критерии. Тенденции развития нанотехнологий для устройств МСТ, НСТ, нано - и микроэлектроники. Метаматериалы оптического и ИК-диапазонов длин волн. Микроболометры. Наносенсоры физических величин и газов.

4.2.2. Практические занятия

1 семестр

Моделирование исполнительных элементов устройств МСТ и НСТ.

Проектирование исполнительных элементов устройств:

Вычисления ударо - и вибропрочности исполнительных элементов и устройств, деформаций мембран при изменении давления, приложенного к центру, деформаций микроактюаторов при изменении температуры.

2 семестр

Вычисления деформаций электростатических микроактюаторов под действием управляющего напряжения.

Ознакомление с технологической линейкой комплементарных металл-окисел полупроводник сверхбольших интегральных схем (КМОП СБИС).

4.3. Лабораторные работы:

1 семестр

Микро - и наношероховатость поверхностей исполнительных элементов устройств МСТ и НСТ.

Электронная микроскопия микро - и наноконструкций исполнительных элементов устройств.

Углы смачивания поверхностей исполнительных элементов устройств, полученных различными методами.

2 семестр

Конструкционная жесткость, модуль Юнга исполнительных элементов устройств, полученных различными методами.

Свободная поверхностная энергия низко - и высокоэнергетических поверхностей (органических, неорганических диэлектриков, нанотолщинных и островковых слоев).

4.4. Расчетные задания

1 семестр

Вычисления ударо - и вибропрочности исполнительных элементов и устройств.

Вычисления деформаций мембран при изменении давления, приложенного к центру.

2 семестр

Вычисления деформаций микроактюаторов при изменении температуры.

Вычисления деформаций электростатических микроактюаторов под действием управляющего напряжения.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

2 семестр

1.  Элементы и устройства МСТ и НСТ.

2.  Наноразмерные исполнительные элементы устройств микромеханики и микросенсорики.

3.  Материалы для устройств МСТ, НСТ, нано - и микроэлектроники.

4.  Основные технологии устройств нано - и микроэлектроники, МСТ, НСТ.

5.  Средства и методы контроля исполнительных элементов и устройств микро - и наноэлектроники, МСТ и НСТ.

6.  Нанотехнологии для устройств МСТ, НСТ, нано - и микроэлектроники..

7.  Ударо - и вибропрочность исполнительных элементов и устройств.

8.  Расчет деформаций мембран при изменении давления, приложенного к центру.

9.  Расчет деформаций микроактюаторов при изменении температуры.

10.  Расчет деформаций электростатических микроактюаторов под действием управляющего напряжения.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и видео материалов. Презентации лекций содержат большое количество графических и фотоматериалов.

Практические занятия включают занятия в Наноцентре МЭИ с последующей защитой и Центре проектирования и производства специализированных СБИС космические системы» с последующим обсуждением результатов в форме презентаций и подготовкой работ к защите.

Самостоятельная работа включает подготовку и оформление лабораторных работ, подготовку презентации к защите расчетного задания и курсового проекта, подготовку к зачетам и экзаменам.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются устный опрос, контрольные работы (2 за семестр) и защита расчетного задания и курсового проекта (работы).

Аттестация по дисциплине – зачеты и экзамены в 1 и 2 семестрах.

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене.

В приложение к диплому вносится итоговая оценка за 2 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Нанотехнология в электронике.- Санкт-Петербург. «Лань». 20с.

2. ВЧ МЭМС и их применение. Пер. с англ. Москва. «Техносфера», 2004. – 527 с.

б) дополнительная литература:

1. Нано - и микросистемная техника. От исследований к разработкам. Под ред . Москва. Техносфера. 20с.

2. , . Физические и химические основы нанотехнологий. М. Физматлит. 20с.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

www. *****; www. *****; pubs. acs. org; www. ; www. ,

www. *****, www. *****

б) другие:

цифровые фото и видеоматериалы элементов систем нанотехнологий

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций и лекций. Лабораторное оборудование для выполнения лабораторных работ - электронные микроскопы (сканирующий, просвечивающий, сканирующий туннельный), нанотвердомер, АСМ.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 140700 Ядерная энергетика и теплофизика и магистерской программы «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

д. т.н., доцент

"УТВЕРЖДАЮ":

Заведующий кафедрой Низких температур

д. т.н., профессор