УТВЕРЖДАЮ
Директор института
«___»_____________2011г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники
НАПРАВЛЕНИЕ 210100
Электроника и наноэлектроника
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ
Физическая электроника
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.
КУРС -- СЕМЕСТР V --9
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 5
ПРЕРЕКВИЗИТЫ Б4.3. «Физика». В4.1 Спецглавы физики. Вакуумная, плазменная и твердотельная электроника.
КОРЕКВИЗИТЫ М1.В5 «Взаимодействие излучений с веществом».
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции 9 час.
Практические занятия 27 час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 36 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 54 час.
ИТОГО 90 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ зачет
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ кафедра сильноточной электроники ИФВТ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ____________
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП ____________
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ____________
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины
Формирование целостного представления о современном состоянии развития и проблемах электроники в области приборостроения, импульсной энергетики и генерирования плотных электронных и ионных пучков, мощных потоков излучений рентгеновского, оптического и СВЧ диапазонов
2. Место дисциплины в структуре ООП
Профессиональный цикл М2, имеет реквизит М2.Б2., пререквизиты Б4.3. «Физика», В.4.3., М1.В5 «Взаимодействие излучений с веществом».
Дисциплина «Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники» изучает основы электронно- и ионно-лучевых технологий, возможности плазмохимических технологий. Молекулярно-лучевая эпитаксия. Низкоразмерные системы: квантовые ямы, квантовые нити, квантовые точки. Эффекты размерного квантования. Проблемы современной электроники больших мощностей.
.
Для успешного освоения дисциплины «Актуальные проблемы современной электроники и наноэлектроники» студенты должны
знать:
- основы вакуумной, плазменной и твердотельной электроники; физические процессы в конденсированных средах при воздействии ионизирующих видов радиации;
- принципы действия средств измерений, методы измерений различных физических величин;
уметь:
- работать на ПК в современных операционных средах;
- использовать стандартные пакеты прикладных программ для решения практических задач.
3. Результаты освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен
· знать: основы современных субмикронных технологий, включая процессы молекулярно-лучевой эпитаксии, имплантации и основы электронно - и ионно-лучевых технологий;
· методы формирования мощных потоков корпускулярного и электромагнитного излучений;
· принципы построения телекоммуникационных, технологических и энергетических микроволновых и оптоэлектронных систем.
иметь навыки:
· использования специальной научно-технической и патентной литературы по современной электронике;
· анализа новых достижений науки и техники в области сильноточной электроники, электронного материаловедения и приборостроения.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1.Универсальные (общекультурные) –
- способностью к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей производственной деятельности (ОК-2);
- способностью использовать на практике умения и навыки в организации исследовательских и проектных работ, в управлении коллективом (ОК-4).
2. Профессиональные -
- способностью использовать результаты освоения фундаментальных и прикладных дисциплин ООП магистратуры (ПК-1);
- способностью к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов (в соответствии с целями ООП магистратуры) (ПК-5);
- способностью к организации и проведению экспериментальных исследований с применением современных средств и методов (ПК-19);
4. Структура и содержание дисциплины
4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины:
МОДУЛЬ 1.Физические основы электронно - и ионно-лучевых технологий. –Основы электронно - и ионно-лучевых технологий, возможности плазмохимических технологий. Структура и эмиссионные свойства сильноточных газовых разрядов и создание на их основе эффективных источников заряженных частиц с плазменными эмиттерами. Технологические применения сильноточных импульсно-периодических электронных ускорителей (для модификации материалов, стерилизации в медицине и фармацевтической промышленности).
МОДУЛЬ 2. Импульсная энергетика и электроника.
Накопление и коммутация энергии. Импульсная энергетика и формирование плотных электронных и ионных пучков. Искровые разрядники в мощных импульсных генераторах для экспериментальных электрофизических установок. Разработка ускорителей электронов, импульсных лазеров, сверхмощных импульсных генераторов СВЧ излучения. Транспортировка мощных импульсов энергии. Передача импульсов с помощью длинных линий. Проблемы теории магнитной изоляции и направления их решения.
МОДУЛЬ 3. Проблемы взрывной эмиссии электронов.
Физика вакуумных разрядов, взрывной электронной эмиссии. Методы повышения электрической прочности вакуумной изоляции. Генерация низкоэнергетических сильноточных электронных пучков в пушках с плазменным анодом и взрывоэмиссионным катодом, помещенных во внешнее ведущее магнитное поле. Разработка методов генерации интенсивных потоков заряженных и нейтральных частиц применительно к задачам модификации свойств материалов. Исследование наносекундных мегаамперных Z-пинчей, сильноточных релятивистских электронных диодов, плотной высокотемпературной плазмы.
МОДУЛЬ 4. Проблемы релятивистской высокочастотной электроники.
Физические процессы в коаксиальных диодах с магнитной изоляцией. Формирование сильноточных электронных пучков большого сечения во взрывоэмиссионных диодах. Мощные вакуумные диоды для сильноточных электронных ускорителей. Взаимодействие электромагнитного поля с сильноточными трубчатыми электронными пучками в сверхразмерных секционированных замедляющих структурах. Методы распознавания объектов для сверхширокополосной радиолокации на основе метода генетических функций и импульсных характеристик.
МОДУЛЬ 5. Мощные источники СВЧ и оптического излучения.
Генерация мощного микроволнового излучения. Электродинамика сверхширокополосного излучения и радиолокация. Устройства релятивистской высокочастотной электроники. Получение высоких эффективностей излучения в лазерно-активных и оптических средах на основе газовых смесей; взаимодействие излучения созданных источников с веществом.
Перечень практических работ:
· Основы электронно - и ионно-лучевых технологий, возможности плазмохимических технологий
· Структура и эмиссионные свойства сильноточных газовых разрядов и создание на их основе эффективных источников заряженных частиц с плазменными эмиттерами.
· Технологические применения сильноточных импульсно-периодических электронных ускорителей (для модификации материалов, стерилизации в медицине и фармацевтической промышленности).
· Накопление и коммутация энергии. Импульсная энергетика и формирование плотных электронных и ионных пучков.
· Искровые разрядники в мощных импульсных генераторах для экспериментальных электрофизических установок.
· Физика вакуумных разрядов, взрывной электронной эмиссии. Методы повышения электрической прочности вакуумной изоляции.
· Генерация низкоэнергетических сильноточных электронных пучков в пушках с плазменным анодом и взрывоэмиссионным катодом, помещенных во внешнее ведущее магнитное поле.
· Исследование наносекундных мегаамперных Z-пинчей, сильноточных релятивистских электронных диодов, плотной высокотемпературной плазмы.
· Физические процессы в коаксиальных диодах с магнитной изоляцией.
· Формирование сильноточных электронных пучков большого сечения во взрывоэмиссионных диодах.
· Методы распознавания объектов для сверхширокополосной радиолокации на основе метода генетических функций и импульсных характеристик
· Генерация мощного микроволнового излучения. Электродинамика сверхширокополосного излучения и радиолокация
· Устройства релятивистской высокочастотной электроники.
· Получение высоких эффективностей излучения в лазерно-активных и оптических средах на основе газовых смесей; взаимодействие излучения созданных источников с веществом.
4.2 Структура дисциплины по разделам и видам учебной деятельности c указанием временного ресурса в часах.
Таблица 1.
Структура модуля (дисциплины)
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы | Аудиторная работа (час) | СРС (час) | Контр. Р. Инд. З. | Итого | ||
Лекции | Практ./сем. Занятия | Лаб. зан. | ||||
1. Физические основы электронно - и ионно-лучевых технологий. | 2 | 6 | 12 | 20 | ||
2. Импульсная энергетика и электроника. | 2 | 6 | 8 | 16 | ||
3. Проблемы взрывной эмиссии электронов. | 2 | 8 | 12 | КР.1 | 22 | |
4. Проблемы релятивистской высокочастотной электроники. возбуждения | 2 | 4 | 10 | 16 | ||
5. Мощные источники СВЧ и оптического излучения. | 1 | 3 | 12 | КР.2 | 16 | |
9 | 27 | 54 | 90 |
5. Образовательные технологии
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО Методы | Лекц. | Лаб. раб. | Пр. зан./ Сем., | Тр*., Мк** | СРС | К. пр. |
IT-методы | · | · | ||||
Работа в команде | · | |||||
Case-study | · | |||||
Игра | ||||||
Методы проблемного обучения | ||||||
Обучение на основе опыта | · | |||||
Опережающая самостоятельная работа | · | |||||
Проектный метод | · | · | ||||
Поисковый метод | · | |||||
Исследовательский метод | · | |||||
Другие методы |
* - Тренинг, ** - Мастер-класс
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
6.1. Текущая СРС:
- работа с лекционным материалом;
- подготовка к контрольным работам, экзамену;
- обзор литературы и электронных источников информации по индивидуальному домашнему заданию;
- опережающая самостоятельная работа;
- выполнение домашних заданий, а также изучение тем, не входящих в состав дисциплины, но рекомендуемых для расширения кругозора.
6.3 Контроль самостоятельной работы
Для закрепления теоретического материала, выполнения отчетов по лабораторным работам по дисциплине во внеучебное время студентам предоставляется возможность пользования библиотекой ТПУ, библиотеками лабораторий кафедры, возможностями дисплейного класса кафедры, где имеются программа, методические указания по лабораторным работам, методические пособия и контролирующие материалы по дисциплине. Студенты имеют возможность получить консультации по вопросам дисциплины, как у ведущего лектора, так и зав. лабораторией.
Составляющие самостоятельной работы:
- Закрепление теоретического материала при подготовке к лекциям, контрольным работам;
- Подготовка к лабораторным занятиям;
- Выполнение индивидуального задания.
Контроль заключается в оценке качества выполнения студентами вышеперечисленных пунктов.
6.4 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Перечень необходимого учебно-методического обеспечения приведен в разделе 9.
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
Примеры вопросов для текущего контроля
· Определение «электронно-ионно-плазменных технологий»
· Особенности и основные преимущества обработки веществ плазмой и потоками ускоренных частиц.
· Основные области применения плазменных технологий и их особенности.
· Основные области применения электронно-пучковых технологий и их особенности.
· Основные области применения ионно-лучевых технологий и их особенности.
· Современный уровень развития техники и технологии электронно-ионно-плазменной обработки материалов и изделий.
· Перспективы расширения сфер применения новых технологий в промышленности.
· Основные физические процессы, происходящие при взаимодействии плазмы с веществом.
· Примеры использования процессов взаимодействия плазмы с веществом в технологии.
· Основные физические процессы, происходящие при взаимодействии ускоренных электронов с веществом.
· Современные возможности и перспективы использования основных физических процессов взаимодействия электронов с веществом в технологии.
· Основные физические процессы, происходящие при взаимодействии ускоренных ионов с веществом.
· Современные возможности и перспективы использования основных физических процессов взаимодействия ионов с веществом в технологии.
· Примеры промышленных процессов обработки материалов плазмой и концентрированными плазменными потоками. Достигнутые физические, технологические и эксплуатационные показатели этих процессов и их результатов.
Итоговый контроль:
Вопросы для самоподготовки к зачету
1. Определение «электронно-ионно-плазменных технологий»
2. Особенности и основные преимущества обработки веществ плазмой и потоками ускоренных частиц.
3. Основные области применения плазменных технологий и их особенности.
4. Основные области применения электронно-пучковых технологий и их особенности.
5. Основные области применения ионно-лучевых технологий и их особенности.
6. Современный уровень развития техники и технологии электронно-ионно-плазменной обработки материалов и изделий.
7. Перспективы расширения сфер применения новых технологий в промышленности.
8. Основные физические процессы, происходящие при взаимодействии плазмы с веществом.
9. Примеры использования процессов взаимодействия плазмы с веществом в технологии.
10. Основные физические процессы, происходящие при взаимодействии ускоренных электронов с веществом.
11. Современные возможности и перспективы использования основных физических процессов взаимодействия электронов с веществом в технологии.
12. Основные физические процессы, происходящие при взаимодействии ускоренных ионов с веществом.
13. Современные возможности и перспективы использования основных физических процессов взаимодействия ионов с веществом в технологии.
14. Примеры промышленных процессов обработки материалов плазмой и концентрированными плазменными потоками. Достигнутые физические, технологические и эксплуатационные показатели этих процессов и их результатов.
15. Промышленные процессы обработки материалов сфокусированными электронными пучками.
16. Промышленные процессы обработки материалов широкими электронными пучками.
17. Промышленные процессы обработки материалов сфокусированными ионными пучками.
18. Промышленные процессы обработки материалов широкими ионными пучками.
19. Комбинированные методы воздействия корпускулярных потоков на вещество.
20. Сравнительный анализ достигнутых физических и технологических показателей при использование различных энергоносителей.
21. Основные типы, особенности конструкций, характеристики и области применения плазмогенераторов.
22. Основные типы технологических электронных источников, особенности их конструкций, характеристики и области применения.
23. Основные типы технологических ионных источников, особенности их конструкций, характеристики и области применения.
24. Примеры оборудования для комбинированной ЭИП обработки материалов и изделий.
25. Основные этапы разработки и внедрения новых ЭИП технологий и оборудования в производство.
26. Смысл технологического анализа при внедрении новых ЭИП технологий.
27. Критерии выбора ЭИП технологий при обработке изделий
28. Основные научные проблемы, которые необходимо решить в ходе внедрения в ЭИПТ.
29. Основные этапы анализа рынка ЭИПТ и конкуренции на рынке высоких технологий.
8. Рейтинг качества освоения модуля (дисциплины)
Приводится рейтинг-план текущей оценки успеваемости студентов в семестре и рейтинг промежуточной аттестации студентов по итогам освоения дисциплины. В соответствии с рейтинговой системой текущий контроль производится ежемесячно в течение семестра путем балльной оценки качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы) и результатов практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем).
Промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра также путем балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов текущей оценки в течение семестра и баллов промежуточной аттестации в конце семестра по результатам экзамена или зачета. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам (60 – текущая оценка в семестре, 40 – промежуточная аттестация в конце семестра). Рейтинг-план освоения модуля прикладывается отдельным документом.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
Основная:
1. , , «Физические основы электронной и ионной технологии». Учебное пособие для ВУЗов. Издательство «Высшая школа», М., 1984.
2. , , «Ионно-плазменная обработка материалов»., М., «Радио и связь», 1986.
3. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов. Справочник. М., «Машиностроение», 1985.
4. , , «Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов», М., Издательский дом «Круглый стол», 2001, 527 с.
5. . Импульсная энергетика и электроника М., Наука, 2004.
6. Накопление и коммутация энергии больших мощностей. Под ред. У. Бостика, В. Нарди, О. Цукера, М., «Мир», 1979.
7. , . Методы умножения и трансформации импульсов в сильноточной электронике. Новосибирск, Наука, 1987.
8. Физмка и техника мощных импульсных систем. Под ред. , Энергоатомиздат, 1987.
Дополнительная:
1. , «Ускоренные пучки и их применение», М., Атомиздат, 1980, 192 с.
2. Электронно - и ионнолучевая технология. Сборник статей под редакцией Р. Бакиша, М., «Металлургия», 1968, 443 с.
3. , , «Воздействие низкотемпературной плазмы и электромагнитного излучения на материалы», М., «Энергоатомиздат», 1991, 224 с.
4. « технология и оборудование вакуумного напыления», М., «Металлургия», 1992, 112 с.
5. Воздействие концентрированных потоков энергии на материалы. Сборник статей под редакцией , М., «Наука», 1985, 246 с.
6. , , « Мощные электронные пучки и их применение», М., «Атомиздат», 1966, 280 с.
7. «Элионная обработка», М., «Высшая скорость», 1990, 128 с.
8. , , «Электронные пучки большого сечения», М., Энергоатомиздат, 1984, 112 с.
9. Сильноточные импульсные электронные пучки в технологии. Сборник статей под редакцией , Новосибирск, «Наука», 1983, 169 с.
10. , «Интенсивные электронные и ионные пучки», М., «Энергоатом издат», 1991, 304 с.
11. , Храмов по сверхвысокочастотной электронике для физиков. В 2-х томах. ФИЗМАТЛИТ, 2004.
12. , Солнцев по сверхвысокочастотной электронике. // М.: Сов. Радио, 1973, 399 с.
13. Гапонов-, Петелин высокочастотная электроника. // Вестник АН СССР, 1979, №4, с. 11-23.
14. , , Сморгонский типа О, основанные на индуцированном черенковском и переходном излучениях релятивистских электронов. // В кн.: Релятивистская высокочастотная электроника. Горький: ИПФ АН СССР, 1979, с. 76-113.
15. , , Петелин свойства коротковолновых приборов с длительной инерционной группировкой. // В кн.: Релятивистская высокочастотная электроника. Горький: ИПФ АН СССР, 1979, с. 249-274.
16. , Трубецков методы расчета в электронике СВЧ. М.: Сов. Радио, 1970, 584 с.
17. Ковалев система ультрарелятивистской ЛОВ. // Электронная техника, серия1: Электроника СВЧ, 1978, №3, с. 102-106.
18. , , Якушев карсинотрон с высокой средней мощностью. // ЖТФ, 1989, Т.59, №5, с.32-38.
19. , , Ростов генераторы миллиметрового диапазона длин волн. // В кн.: Релятивистская высокочастотная электроника. Вып. 4, Горький: ИПФ АН СССР, 1984, с. 119-177.
20. , Новожилова теория вынужденного рассеяния волноводных мод на релятивистском электронном пучке, фокусируемом продольным магнитным полем. Основные уравнения. // Радиотехника и электроника, 1984, Т. 29, №12, 2419-2429.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
· Экспериментально-исследовательское оборудование отделов и лабораторий ИСЭ СО РАН.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки:
направление 210100 Электроника и наноэлектроника,
профиль подготовки Физическая электроника
Программа одобрена на заседании кафедры сильноточной электроники ИФВТ ТПУ.
(протокол № ____ от «___» _______ 20___ г.).
Автор:
Рецензент(ы) __________________________
