МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет физический_________________________________
(наименование факультета)
Кафедра физики твердого тела и неравновесных систем____
(наименование кафедры)
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
________________
«____»_______________ 201__ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Физика тонких пленок и вакуумная техника
образовательная программа направления 011200 - Физика
Блок Б3.ДВ4. Профессиональный цикл. Дисциплины по выбору
Профиль подготовки
Физика конденсированного состояния вещества
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Курс 4 семестр 7
Самара
2011
Рабочая программа составлена на основании федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки 011200 - Физика (квалификация (степень) "бакалавр"), утвержденного приказом № 000 Министерства образования и науки Российской Федерации от 8 декабря 2009 г.
Зарегистрировано в Минюсте РФ 4 февраля 2010 г. № 000
Составители рабочей программы:
, зав. кафедрой физики твердого тела и неравновесных систем, д. ф.-м. н., профессор
Рецензент:
, профессор кафедры полупроводниковой электроники и нанотехнологий, д. т.н.
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры ФТТиНС________________
(наименование кафедры)
(протокол № _____ от «____» _____________ 20____ г.)
Заведующий кафедрой
²____² _____________ 20___г. _______________ ______________________________
СОГЛАСОВАНО
Председатель
методической
комиссии факультета
²____² _____________ 20___ г. _______________ ______________________________
СОГЛАСОВАНО
Декан
факультета
²____² _____________ 20___ г. _______________ ______________________________
СОГЛАСОВАНО
Начальник
методического отдела
²____² _____________ 20__ г. _______________
1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе, требования к уровню освоения содержания дисциплины
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины
Цель дисциплины - лекционный курс «Физика тонких пленок и вакуумная техника» предназначен для ознакомления студентов с методами получения тонких пленок и методами измерениями толщины, физическими свойствами, спецификой структуры тонких пленок, дефектами структуры тонких пленок, взаимосвязью физических свойств тонких пленок со структурой и дефектами, существующими теориями роста тонких пленок. Знание этих основ совершенно необходимо современному специалисту по физике конденсированного состояния и по нанотехнологиям.
Задачи дисциплины:
- дать представление о современных способах получения вакуума и типах откачивающих средств;
- сформировать общее представление о тонких пленках как физическом пространственно-ограниченном объекте, обладающем специфичной структурой, дефектами структуры и физическими свойствами;
- показать и обосновать взаимосвязь физических свойств тонких пленок со структурой и дефектами, существующими теориями роста тонких пленок. методами получения тонких пленок и методами измерениями толщины, физическими свойствами,;
- рассмотреть основные существующие методы и способы получения тонких пленок и специфику получаемых при этом физических и технологических свойств.
1.2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля)
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины, должны
Знать:
- основные методы получения тонких пленок и методы измерения их толщины, специфику структуры тонких пленок, полученными различными методами;
- основные типы дефектов структуры тонких пленок, взаимосвязь физических свойств тонких пленок со структурой и дефектами, примеры практического применения тонких пленок в современных технологиях и устройствах.
Уметь:
- анализировать и обосновывать возможные эффективные способы получения и измерения высокого вакуума в конкретных заданных условиях физического или технологического эксперимента (с учетом типа откачивающих средств, герметичности и натекания рабочего объема, газовыделения материалов, уровня предельного вакуума и т. д.);
- анализировать и обосновывать выбор оптимальных и возможных методов получения тонких пленок, исходя из целей и конкретных практических и инновационных задач физического или технологического эксперимента;
- вскрывать и обосновывать взаимосвязь физических свойств тонких пленок с их структурой и дефектами.
Владеть:
- навыками ориентации в тематике научной литературы по общим вопросам физики тонких пленок;
- навыками вести целенаправленный поиск литературы по заданным направлениям физики тонких пленок с помощью реферативных журналов, электронных библиотек и различных Internet-источников.
Иметь представление:
- о роли и значении тонких пленок в современной науке, технике и технологиях, специфике строения и физических свойств тонких пленок, о практическом применении тонких пленок.
Демонстрировать:
- способность при возникновении практических инновационных задач обосновывать необходимость выбора типа откачивающих средств и метода получения тонких пленок с заданными структурой и физическими свойствами.
Быть способным:
- ориентироваться в тематике научной литературы по вопросам физики тонких пленок и вакуумной техники;
Быть готовым:
- применять на практике и углублять полученные знания и профессиональные навыки в области физики тонких пленок и вакуумной техники;
Владеть компетенциями:
Код компетенции | Наименование результата обучения |
ОК-1 | Способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук |
ОК-20 | Способность использовать нормативные правовые документы в своей деятельности |
ОК-21 | Способность понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны |
ПК-1 | Способность использовать базовые теоретические знания для решения профессиональных задач |
ПК-2 | Способность применять на практике базовые профессиональные навыки |
ПК-4 | Способность использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин (в соответствии с профилем подготовки) |
ПК-6 | Способность пользоваться современными методами обработки, анализа и синтеза физической информации (в соответствии с профилем подготовки) |
ПК-8 | Способность понимать и использовать на практике теоретические основы организации и планирования физических исследований |
ПК-11 | Способностью понимать общую структуру дисциплин профиля и их взаимодействие между ними |
ПК-12 | Способностью понимать профессиональные задачи в области научно-исследовательской деятельности в соответствии с полученным профессиональным профилем |
ПК-13 | Способностью практически использовать знания, полученные при изучении профильных дисциплин |
ПК-14 | Способностью формулировать задачи прикладных исследований в избранной области физики |
ПК-15 | Способностью демонстрировать понимание качества исследования, относящегося к избранной области физики |
1.3. Место дисциплины в структуре ООП
Спецкурс «Физика тонких пленок и вакуумная техника» относится к основных дисциплин цикла обучения по профилю «Физика конденсированного состояния вещества», в которой рассматриваются основные вопросы получения и измерения высокого вакуума и физики пленок. Для усвоения спецкурса требуются знание основ общей физики (кинетическая теория идеальных и реальных газов, явления переноса), атомной физики (ионизация атомов и молекул, физика газовых разрядов), базовые понятия кристаллографии (структура кристаллических решеток), термодинамики и физики твердого тела (фазовые состояния и превращения, дефекты кристаллической решетки).
Спецкурс «Физика тонких пленок и вакуумная техника» связан со многими дисциплинами и лабораторными практикумами учебного плана дисциплин бакалавриата по профилю «Физика конденсированного состояния вещества» - «Симметрия и структура конденсированных сред», «Физическое материаловедение», «Физика и структура реальных конденсированных сред», «Дифракционный структурный анализ конденсированных сред».
2. Содержание дисциплины
2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы
Семестр – 7 (17 нед), вид отчетности – экзамен
Вид учебной работы | Объем часов/ зачетных единиц |
Трудоемкость изучения дисциплины | 216/6 |
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) | 108 |
в том числе: | |
лекции | 54 |
практические занятия | - |
лабораторные занятия | 54 |
Самостоятельная работа студента (всего) | 60 |
в том числе: | |
Подготовка к лабораторным занятиям | 27 |
Самостоятельное изучение тем | 33 |
Подготовка и сдача экзамена | 36 |
КСР | 12 |
2.2. Тематический план учебной дисциплины
Наименование разделов и тем | Содержание учебного материала, лабораторные работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся, курсовая работа (проект) | Объем часов/ зачетных единиц | Образова-тельные технологии | Формируемые компетенции/ уровень освоения* | Формы текущего контроля |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Раздел 1. Вакуумная техника | |||||
Тема 1. Основные законы состояния разреженного газа | Лекции | 3+3=6 | Проблемная лекция | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/3, ПК-4/2, ПК-6/2, ПК-11/2, ПК-12/2, ПК-14/2 | Контрольные вопросы в процессе лекции |
1 | Введение. Роль и значение использования вакуума, тонких пленок в науке, технике и современных технологиях. Вакуум. Единицы измерения вакуума. Модель идеального газа и особенности ее использования в вакуумной технике. Испарение и конденсация. Насыщенный пар и его давление для некоторых веществ, используемых в вакуумной технике. | ||||
2 | Источники паров в вакуумных системах. О давлении паров в вакуумной системе, температура отдельных частей которой неодинакова. Степени вакуума. Адсорбция и десорбция атомов и молекул. Испарение и конденсация при различных степенях вакуума. Молекулярные и вязкие потоки. | ||||
Самостоятельная работа студента | 2 | Подготовка студента к текущим аудиторным занятиям | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1 | Собеседование | |
1 | Самостоятельное изучение тем: Явления переноса в различныз степенях вакуума. | ||||
Тема 2. Теоретические основы процесса откачки | Лекции | 3+3=6 | Проблемная лекция | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/3, ПК-4/2, ПК-6/2, ПК-11/2, ПК-12/2, ПК-14/2 | Контрольные вопросы в процессе лекции |
3 | Быстрота откачки. Быстрота действия насоса. Поток газа. Производительность насоса. Вакуумопроводы. Сопротивление и пропускная способность вакуумопровода. Стационарный режим работы вакуумной системы. Основное уравнение вакуумной техники. | ||||
4 | Сосредоточенный и распределенный объем. Откачка сосредоточенного объема. Эффективная скорость откачки. Кривые откачки. | ||||
Лабораторные занятия | 6 | Эксперимен-тальная рабо-та в лабора-тории | ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1, ПК-3/2, ПЛ-4/2, ПК-6/2, ПК-8/2, ПК-11/2 | Отчет по вы-полненной и оформленной лабораторной работе | |
1 | Работа №1. Изучение устройства и работы вакуумной однопостовой установки ВУП-4. | ||||
Самостоятельная работа студента | 3+2=5 | Подготовка студента к текущим аудиторным занятиям | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1 | Устное собеседование | |
1 | Подготовка к лабораторным занятиям | ||||
2 | Самостоятельное изучение тем: Характеристики эффективности действия вакуумной системы. | ||||
Тема 3. Техника получения вакуума | Лекции | 6 | Проблемная лекция | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/3, ПК-4/2, ПК-6/2, ПК-11/2, ПК-12/2, ПК-14/2 | Контрольные вопросы в процессе лекции |
5 | Характеристика современных методов получения вакуума. Параметры вакуумных насосов. Вращательные масляные насосы: пластинчато- роторные насосы, пластинчато - статорные насосы. Требования к маслам механических масляных насосов. Газобалластные насосы. Герметичные вакуумные насосы. Насосы Рутса. Молекулярные насосы. Турбомолекулярные насосы. | ||||
6 | Диффузионные и парозжекторные сопла. Пароструйные насосы. Паромаслянные насосы. Разгоночные паромаслянные насосы. Адсорбция и абсорбция. Основные виды газопоглотителей. Сорбционные насосы. Ионно-сорбционные насосы. | ||||
Лабораторные занятия | 6 | Эксперимен-тальная рабо-та в лабора-тории | ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1, ПК-3/2, ПЛ-4/2, ПК-6/2, ПК-8/2, ПК-11/2 | Отчет по вы-полненной и оформленной лабораторной работе | |
1 | Работа №2. Определение быстроты откачки вакуумной системы методом постоянного объема. | ||||
Самостоятельная работа студента | 5 | Подготовка студента к текущим аудиторным занятиям | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1 | Собеседование | |
1 | Подготовка к лабораторным занятиям | ||||
2 | Самостоятельное изучение тем: Ловушки. Маслоотражатели. Конденсационные насосы. Азотиты. | ||||
Тема 4. Измерение вакуума и течеискание | Лекции | 6 | Проблемная лекция | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/3, ПК-4/2, ПК-6/2, ПК-11/2, ПК-12/2, ПК-14/2 | Контрольные вопросы в процессе лекции |
7 | Манометры. Манометр Мак-Леода. Термопарные, ионизационные манометры. Манометр сопротивления. Магнетронный ионизационный ма-нометр. Измерение сверхвысокого вакуума. | ||||
8 | Количественная оценка течи. Методы течеис-кания. Компрессионный метод. Искровой тече-искатель. Метод ионизационного манометра. | ||||
Лабораторные занятия | 6 | Эксперимен-тальная рабо-та в лабора-тории | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1, ПК-3/2, ПЛ-4/2, ПК-12/2, ПК-13/2ПК-1/1 | Отчет по вы-полненной и оформленной лабораторной работе | |
1 | Работа №3. Изучение устройства и принципа действия диффузионного паромаслянного насоса. | ||||
Самостоятельная работа | Подготовка студента к текущим аудиторным занятиям | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1 | Собеседование | ||
1 | Подготовка к лабораторным занятиям | 5 | |||
2 | Самостоятельное изучение тем: Ге-лиевый течеискатель. | ||||
Раздел 2. Физика тонких пленок | |||||
Тема 5. Методы получения тонких пленок | Лекции | 3´3=9 | Проблемная лекция | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/3, ПК-4/2, ПК-6/2, ПК-11/2, ПК-12/2, ПК-14/2 | Контрольные вопросы в процессе лекции |
9 | Метод термического испарения. Молекулярные потоки. Законы Ламберта-Кнудсена. Скорость испарения. Конденсация при вакуумном испарении. Критическая температура подложки. Критическая плотность атомного пучка. Теория конденсации . Теория конденсации и . | ||||
10 | Распределение пленки по толщине на поверхности подложки. Типы испарителей. Расчет массы и толщины покрытия. Получение однородных покрытий с помощью точечного и поверхностного источников. | ||||
11 | Катодное распыление. Тлеющий разряд физические процессы при катодном распылении. Подбор условий для эффективного катодного распыления. Теории катодного распыления. Природа распыленных частиц. Энергия распыленных частиц. Адгезия тонких пленок при катодном распылении. Механизмы конденсации при катодном распылении. Катодное распыление диэлектриков. | ||||
Лабораторные занятия | 6 | Эксперимен-тальная рабо-та в лабора-тории | ОК-1/2, ОК-21, ПК-1/1, ПК-3/2, ПЛ-4/2, ПК-6/2, ПК-8/2, ПК-11/2, ПК-13/2 | Отчет по вы-полненной и оформленной лабораторной работе | |
1 | Работа №4. Теоретические основы процесса откачки вакуумной системы. | ||||
Самостоятельная работа | 5 | Подготовка студента к текущим аудиторным занятиям | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1 | Собеседование | |
1 | Подготовка к лабораторным занятиям | ||||
2 | Самостоятельное изучение тем: Электрохимическое и реактивное распыление. Ионно-плазменное распыление. Метод электрического взрыва. | ||||
Тема 6. Физические свойства тонких пленок | Лекции | 6 | Проблемная лекция | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/3, ПК-4/2, ПК-6/2, ПК-11/2, ПК-12/2, ПК-14/2 | Контрольные вопросы в процессе лекции |
12 | Удельное электрическое сопротивление. Зависимость удельного электрического сопротивления от толщины. Теория Томсона. Влияние условий получения тонких пленок на их удельное электросопротивление. | ||||
13 | Плотность тонких пленок. Зависимость плотности тонких пленок от толщины, скорости испарения, температуры подложки. Связь между удельным электрическим сопротивлением и плотностью тонких пленок. | ||||
Лабораторные занятия | 6 | Эксперимен-тальная рабо-та в лабора-тории | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1, ПЛ-4/2, ПК-8/2, ПК-11/2, ПК-12/2, ПК-15/3 | Отчет по вы-полненной и оформленной лабораторной работе | |
1 | Работа №5. Получение тонких пленок методом термического испарения в вакууие | ||||
Самостоятельная работа | 5 | Подготовка студента к текущим аудиторным занятиям | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1 | Устный опрос | |
1 | Подготовка к лабораторным занятиям | ||||
2 | Самостоятельное изучение тем: Температурный коэффициент сопротивления тонких пленок. Термоэлектрические свойства. Оптические свойства. | ||||
Тема 7. Структура тонких пленок | Лекции | 3 | Проблемная лекция | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/3, ПК-4/2, ПК-6/2, ПК-11/2, ПК-12/2, ПК-14/2 | Контрольные вопросы в процессе лекции |
14 | Классификация металлов по структуре и по температуре плавления: влияние скорости испарения, температуры на структуру тонких пленок. | ||||
Лабораторные занятия | 2 | Эксперимен-тальная рабо-та в лабора-тории | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1, ПЛ-4/2, ПК-8/2, ПК-11/2, ПК-12/2, ПК-15/3 | Отчет по вы-полненной и оформленной лабораторной работе | |
1 | Работа №6. Измерение толщины тонких пленок. | ||||
Самостоятельная работа | 5 | Подготовка студента к текущим аудиторным занятиям | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1 | Устный опрос | |
1 | Подготовка к лабораторным занятиям | ||||
2 | Самостоятельное изучение тем: Классификация металлов по структуре и по температуре плавления: влияние степени вакуума, состояния подложки на структуру тонких пленок. | ||||
Тема 8 Измерение толщины тонких пленок | Лекции | 4 | Проблемная лекция | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/3, ПК-4/2, ПК-6/2, ПК-11/2, ПК-12/2, ПК-14/2 | Контрольные вопросы в процессе лекции |
15 | Определение истинной толщины. Эффективная толщина. Механические, весовые методы. Метод кварцевого резонатора. | ||||
Самостоятельная работа | 2 | Подготовка студента к текущим аудиторным занятиям | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1 | Устный опрос | |
1 | Самостоятельное изучение тем: Оптические и рентгеновские методы измерения толщины. | ||||
Тема 9. Теории роста и дефекты эпитаксиальных пленок | Лекции | 4+4=8 | Проблемная лекция | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/3, ПК-4/2, ПК-6/2, ПК-11/2, ПК-12/2, ПК-14/2 | Устный опрос | |
16 | Метод газотранспортных реакций в закрытой и проточной системах. Жидкостная эпитаксия. Метод молекулярного пучка. Теория гомогенной и гетеро-генной кристаллизации. Механизмы роста зароды-шей новой фазы. Теория Уолтона-Родина. | |||||
17 | Псевдоморфизм при эпитаксии. Модель Ван-дер-Мерве. Основные типы дефектов в тонких пленках. | |||||
Самостоятельная работа | 3 | Подготовка студента к текущим аудиторным занятиям | ОК-1/2, ОК-20, ОК-21, ПК-1/1, ПК-2/1 | Собеседова-ние | ||
1 | Самостоятельное изучение тем: Механизмы образования дефектов. Некоторые приложения эпитаксии | |||||
КСР | Получения индивидуальных консультаций преподавателя | 12 | ||||
Экзамен | Подготовка и сдача экзамена | 36 | ||||
ВСЕГО | 216/6 | |||||
* В таблице уровень усвоения учебного материала обозначен цифрами:
1. – репродуктивный (освоение знаний, выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством);
2. – продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач; применение умений в новых условиях);
3. – творческий (самостоятельное проектирование экспериментальной деятельности; оценка и самооценка инновационной деятельности)
2.3. Содержание учебного курса
Введение. Роль и значение использования вакуума, тонких пленок в науке, технике и современных технологиях.
Раздел 1. Вакуумная техника
Тема I. Основные законы состояния разреженного газа. (2 лек´3=6 час)
Вакуум. Единицы измерения вакуума. Модель идеального газа и особенности ее использования в вакуумной технике. Газ и пар. О применимости газовых законов к газам и парам. Испарение и конденсация. Насыщенный пар и его давление для некоторых веществ, используемых в вакуумной технике. Источники паров в вакуумных системах.
О давлении паров в вакуумной системе, температура отдельных частей которой неодинакова. Степени вакуума. Адсорбция и десорбция атомов и молекул. Испарение и конденсация при различных степенях вакуума. Молекулярные и вязкие потоки. Явления переноса в вакууме.
Тема 2. Теоретические основы процесса откачки. (2 лек´3=6 час)
Быстрота откачки. Быстрота действия насоса. Поток газа. Производительность насоса. Вакуумопроводы. Сопротивление и пропускная способность вакуумопровода. Стационарный режим работы вакуумной системы. Основное уравнение вакуумной техники.
Сосредоточенный и распределенный объем. Откачка сосредоточенного объема. Эффективная скорость откачки. Кривые откачки. Характеристики эффективности действия вакуумной системы.
Тема 3. Техника получения вакуума. (2 лек´3=6 час)
Характеристика современных методов получения вакуума. Параметры вакуумных насосов. Вращательные масляные насосы: пластинчато- роторные насосы, пластинчато - статорные насосы. Требования к маслам механических масляных насосов. Газобалластные насосы. Герметичные вакуумные насосы. Насосы Рутса. Молекулярные насосы. Турбомолекулярные насосы. Диффузионные и парозжекторные сопла. Пароструйные насосы. Паромаслянные насосы. Разгоночные паромаслянные насосы.
Адсорбция и абсорбция. Основные виды газопоглотителей. Сорбционные насосы. Ионно-сорбционные насосы. Ловушки. Маслоотражатели. Конденсационные насосы. Азотиты.
Тема 4. Измерение вакуума и течеискание. (2 лек´3=6 час)
Манометры. Манометр Мак-Леода. Термопарные, ионизационные манометры. Манометр сопротивления. Магнетронный ионизационный манометр. Измерение сверхвысокого вакуума.
Количественная оценка течи. Методы течеискания. Компрессион-ный метод. Искровой течеискатель. Метод ионизационного манометра. Гелиевый течеискатель.
Раздел 2. Физика тонких пленок.
Тема 5. Методы получения тонких пленок. (3 лек´3=9 час)
Метод термического испарения. Молекулярные потоки. Законы Ламберта-Кнудсена. Скорость испарения. Конденсация при вакуумном испарении. Критическая температура подложки. Критическая плотность атомного пучка. Теория конденсации . Теория конденсации и .
Распределение пленки по толщине на поверхности подложки. Типы испарителей. Расчет массы и толщины покрытия. Получение однородных покрытий с помощью точечного и поверхностного источников.
Катодное распыление. Тлеющий разряд физические процессы при катодном распылении. Подбор условий для эффективного катодного распыления. Теории катодного распыления. Природа распыленных частиц. Энергия распыленных частиц.
Адгезия тонких пленок при катодном распылении. Механизмы конденсации при катодном распылении. Катодное распыление диэлектриков. Электрохимическое и реактивное распыление. Ионно-плазменное распыление. Метод электрического взрыва.
Тема 6. Физические свойства тонких пленок. (2 лек´3=6 час)
Удельное электрическое сопротивление. Зависимость удельного электрического сопротивления от толщины. Теория Томсона. Влияние условий получения тонких пленок на их удельное электросопротивление.
Плотность тонких пленок. Зависимость плотности тонких пленок от толщины, скорости испарения, температуры подложки. Связь между удельным электрическим сопротивлением и плотностью тонких пленок. Температурный коэффициент сопротивления тонких пленок. Термоэлектрические свойства. Оптические свойства.
Тема 7. Структура тонких пленок. (1 лек´3=3 час)
Классификация металлов по структуре и по температуре плавления. Влияние скорости испарения, температуры, степени вакуума, состояния подложки на структуру тонких пленок.
Тема 8. Измерение толщины тонких пленок. (1 лек´4=4 час)
Определение истинной толщины. Эффективная толщина.
Механические, весовые методы. Метод кварцевого резонатора. Оптические и рентгеновские методы.
Тема 9. Теория роста и дефекты эпитаксиальных пленок. (2 лек´4=8 час)
Метод газотранспортных реакций в закрытой и проточной системах. Жидкостная эпитаксия. Метод молекулярного пучка.
Теория гомогенной и гетерогенной кристаллизации. Механизмы роста зародышей новой фазы. Теория Уолтона-Родина. Псевдоморфизм при эпитаксии. Модель Ван-дер-Мерве. Основные типы дефектов в тонких пленках. Механизмы образования дефектов.
Некоторые приложения эпитаксии
3.3. Курсовые работы по данному лекционному курсу не планируются.
3.4. Балльно-рейтинговая система
Максимальная сумма баллов, набираемая студентом по дисциплине «Физика тонких пленок и вакуумная техника», закрываемой семестровой аттестацией, равна 108 баллов.
На основе набранных баллов, успеваемость студентов в семестре определяется следующими оценками: «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» и «неудовлетворительно».
- «Отлично» – от 86 до 101 баллов – теоретическое содержание курса освоено полностью, без пробелов необходимые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы, все предусмотренные программой обучения учебные задания выполнены, качество их выполнения оценено числом баллов, близким к максимальному.
- «Хорошо» – от 74 до 85 баллов – теоретическое содержание курса освоено полностью, без пробелов, некоторые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы недостаточно, все предусмотренные программой обучения учебные задания выполнены, качество выполнения ни одного из них не оценено минимальным числом баллов, некоторые виды заданий выполнены с ошибками.
- «Удовлетворительно» – от 61 до 73 баллов – теоретическое содержание курса освоено частично, но пробелы не носят существенного характера, необходимые практические навыки работы с освоенным материалом в основном сформированы, большинство предусмотренных программой обучения учебных заданий выполнено, некоторые из выполненных заданий, возможно, содержат ошибки.
- «Неудовлетворительно» – 60 и менее баллов - теоретическое содержание курса не освоено, необходимые практические навыки работы не сформированы, выполненные учебные задания содержат грубые ошибки, дополнительная самостоятельная работа над материалом курса не приведет к существенному повышению качества выполнения учебных заданий.
Баллы, характеризующие успеваемость студента по дисциплине, набираются им в течение всего периода обучения за посещение занятий, изучение отдельных тем, выполнение домашних и практических заданий и решение задач в аудитории.
Распределение баллов, составляющих основу оценки работы студента по изучению дисциплины «Физика тонких пленок и вакуумная техника» в течение 18 недель 7 семестра:
1. Посещение лекций (2 балла за занятие) до 2 балла ´ 27 занятий =54 баллов
2. Выполнение заданий по лабораторным
занятиям дисциплины в течение семестра: до 2 балла´27 занятий=54 баллов
3. Сдача экзамена 40 баллов
Итого: до 108+40 баллов.
4. Сведения о материально-техническом обеспечении дисциплины
№п/п | Наименование оборудованных учебных кабинетов, лабораторий | Перечень оборудования и технических средств обучения |
1 | Лекционная аудитория | Мультимедийное оборудование |
2 | Компьютерный класс | Мультимедийное оборудование |
3 | Лаборатория диффузионных процессов | ВУП-4, весы WA-31 и ВЛР-20, вакуумная печь ДВП-74, дифрактометр ДРОН-2.0 |
5. Литература
5.1. Основная литература
1. . Вакуумные технологии : [учеб.-справ. пособие для вузов] /.— Долгопрудный [М.] : ИД "Интеллект", 2009 .— 502 с. : ил., табл. — (Физтеховский учебник) .— ISBN -01экз.).
2. Физикохимия поверхности : [учебник-монография для ун-тов] / .— Долгопрудный [М.] : Интеллект, 2008 .— 568 с. : ил. — ISBN -00экз.).
3. , , Сейдман технология и оборудование для нанесения и травления тонких пленок. - Москва: Техносфера, 2007. – 176 с. ISBN:-134-5
5. Розанов техника. Москва: Высшая школа, 2007. – 391 с.
5.2. Дополнительная литература
Тонкие пленки. Взаимная диффузия. /Под ред. Дж. Поута, К. Ту, Дж. Мейера. Перевод с англ. д. ф.-м. н.- и . – М.: Мир, 1982. – 3 экз. 1. К. Оура Введение в физику поверхности/ К. Оура, , М. Катаяма. – М.: наука, 200с. (Глава 13: Рост тонких пленок) Основы анализа поверхности и тонких пленок. М.: Мир, 1989, 342 с.4. Г. Левин. Основы вакуумной техники. М.: Мир, 1975. – 3 экз.
5. , . Учебная лаборатория вакуумной техники. М.: Атомиздат, 1971. – 1 экз.
6. . Физика металлических пленок. - М.: Атомиздат, 1979. – 3 экз.
7. Я. Грошковский. Техника высокого вакуума. М.: Энергия, 19экз.
8. . Тонкие пленки в физике СВЧ. - М.: Сов. Радио, 1967. – 1 экз.
9. С. Дэшман. Научные основы вакуумной техники. М.: Мир, 1968.
10. , , . Вакуумные системы электрических установок. М.: Атомиздат, 1975.
11. . Высоковакуумные откачные устройства. М.: Энергия, 1969.
12. Э. Тренделенбург. Сверхвысокий вакуум. М.: МИР, 1966.
13. , , . Структурные превращения в тонких пленках. – М.: Металлургия, 1988. – 3 экз.
14. Технология тонких пленок. Справочник. В 2-х томах. Под ред. Майссела Глэнга. – М.: Сов. Радио, 1977. – 5 экз.
15. . Катодный метод создания элементов микросхем. - М.: Энергия, 19экз.
16. , . Физика тонких пленок: Учебник для вузов.. – М.: Высшая школа, 2000. – 12 экз.
17. , , Мильнер по магнетизму. – 3-е изд., перераб. и доп..- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 512 с. – 5 экз.
18. , , и др. Диффузионные процессы в металлах под действием магнитных полей и импульсных деформаций: в двух томах. – М.: Изд-во «Машиностроение-1»; Самара: Изд-во «Самарский университет», 2006. – 10 экз.
19. Физика тонких пленок. Современное состояние исследований и техничекие применения. Т. I-VI /Под ред. и . Перев. С англ. под ред. д. ф.-м. н. и др. - М.: Мир, .
20. Монокристаллические пленки. Сб. стат. - М.: Мир, 1966.
21. , , . Механизмы образования и структура конденсированных пленок. - М., Наука, 1972.
22. , . Эпитаксиальные пленки. - М.: Наука, 1970.
23. , . Тонкие магнитные пленки и их применение в вычислительной технике. - М.: Энергия, 1964.
24. . Электрические явления в тонких пленках. - М.: Мир, 1972.
25. . Кинетика образования структуры твердых слоев. – Новосибирск: Наука, 1972.
26. , , . Основы вакуумной техники. М.: Энергоиздат, 1981. – 5 экз.
5.3. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины для организации самостоятельной работы студентов (содержит перечень основной литературы, дополнительной литературы, программного обеспечения и Интернет-ресурсы)
1. .В. "Практикум по вакуумной технике". Учебное пособие для студентов дневного и вечернего отделений физического факультета специализации “Физика металлов”, Самара: Изд-во “Самарский госуниверситет”, 2001, 39 с., 2.3 усл. печ. л. , 2,5 уч.-изд. л., тираж 100 экз.
2. “Получение тонких пленок методом термического испарения в вакууме”. Учебно-методическое пособие к лабораторной работе № 1 практикума по физике тонких пленок, Самара: Самарский госуниверситет, 1994, 16 с., 1,0 печ. л., 0,93 уч.-изд. л., тир. 100 экз.
3. “Измерение толщины тонких пленок”. Учебно-методическое пособие к лабораторной работе № 2 практикума по физике тонких пленок, Самара: Самарский госуниверситет, 1993, 16 с., 1,0 усл. печ. л., 0,93 уч.-изд. л., тир. 100 экз.
5.3. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины для организации самостоятельной работы студентов (содержит перечень основной литературы, дополнительной литературы, программного обеспечения и Интернет-ресурсы)
1. , д. ф.-м. н., профессор. Учебное пособие (курс лекций) «Теоретические основы технологии полупроводниковых наноструктур». - Санкт – Петербург. – 2006. – 347 с.
http://window. *****/window_catalog/files/r63346/Posobie. pdf
2. База данных от EBSCO – Computers & Applied Sciences Complete. Доступ предоставлен по ссылке
http://search.
3. Основы анализа поверхности и тонких пленок. М.: Мир, 1989, 342 с. Книга доступна на сайте:
http://books4study. name/b2464.html
