Антоненко Методические указания и лабораторные работы 2011

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

С.В. Антоненко

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО КУРСАМ

«ТЕХНОЛОГИЯ НАНОСТРУКТУР» И «ТЕХНОЛОГИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК»

Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии» в качестве учебно-методического пособия для студентов высших учебных заведений

Москва 2011

УДК 539.2 (076.5) ББК 34.43я7 А 72

Антоненко С.В. Методические указания и лабораторные ра-

боты по курсам «Технология наноструктур» и «Технология тонких пленок»: учебно-методическое пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2011. – 72 с.

Методические указания и лабораторные работы по курсам «Технология наноструктур» и «Технология тонких пленок» предназначены для лучшего закрепления и углубления понимания материала лекций. Лабораторные работы посвящены функционированию в режиме локального и удаленного доступа интерактивного учебно-научного комплекса для выполнения работ по исследованию органических и биологических наноструктурированных материалов, объектов и систем методами сканирующей зондовой микроскопии.

Методические указания и лабораторные работы по курсам «Технология наноструктур» и «Технология тонких пленок» предназначены для студентов, обучающихся по специальности «Физика конденсированного вещества» и специализирующихся по кафедре «Компьютерного моделирования и физики наноструктур и сверхпроводников». Также могут быть рекомендованы для студентов, бакалавров, магистров, аспирантов, слушателей групп повышения квалификации и переподготовки специалистов в области получения и исследования пленок, наноструктур и наноматериалов.

Подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ.

Рецензент канд. физ.-мат. наук, доц. Иванов А.А.

ISBN 978-5-7262-1517-4

© Национальный исследовательский ядерный университет

«МИФИ», 2011

СОДЕРЖАНИЕ

1. Методические указания по дисциплине «Техноло-

гия тонких пленок»…………………………………………. 4 2. Методические указания по дисциплине «Техноло-

гия наноструктур» ………………………………………….. 15

3.Организация удаленного доступа на компьютере

спомощью программы TeamViewer ………………….. ….. 22

4.Организация подключения к удаленному компьюте-

3

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕХНОЛОГИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК»

1.1. Методические указания для преподавателя по дисциплине «Технология тонких пленок»

Дисциплина посвящена изложению методов технологии тонких пленок, основанных, главным образом, на общих закономерностях роста пленок, определении свойств пленок, методиках обработки пленок и созданию устройств из них. При разработке курса использована современная отечественная и иностранная литература.

Первая часть курса посвящена общим закономерностям роста пленок. В процессе преподавания рекомендуется широко использовать презентации, а сами занятия проводить в интерактивных классах. Особое внимание студентов следует обратить на Интер- нет-ресурсы, где впоследствии они самостоятельно смогут получать актуальную информацию по читаемым темам. В конце изучения этой части рекомендуется выдать студентам использованные презентации в электронном виде.

Во второй части представлены свойства пленок и методы их изучения. Знания, полученные студентами при изучении различных дисциплин, применяются при рассмотрении вопросов исследования свойств пленок и методов их изучения. Чтение лекций также рекомендуется проводить в интерактивных классах, обучая студентов не только предмету дисциплины, но и знакомя их с современным состоянием аналитического и исследовательского оборудования.

Третья часть дисциплины посвящена методам получения и обработки тонких пленок. Особое внимание следует уделить проведению лабораторных работ. В лабораторных работах представлены методы получения графитовых образцов с помощью магнетронного напыления и токового отжига. Также рассматриваются методы исследования и обработки пленок с помощью сканирующих зондовых микроскопов. Нужно представить на примере сканирующей зондовой литографии методы обработки тонких пленок.

Четвертая часть дисциплины посвящена сверхпроводящим пленкам и устройствам из них. Особое внимание следует уделить

4

методам приготовления пленок высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и их применению на практике.

Для закрепления теоретического материала дисциплины студентам необходимо написать аналитический обзор по представленным темам или близким к ним. Для проверки и закрепления практических навыков студентам предлагается выполнить цикл лабораторных работ «Получение и исследование наноструктур».

Результатом изучения дисциплины должно стать понимание студентом технологии тонких пленок и получение практических навыков работы со сканирующими зондовыми микроскопами и вакуумными напылительными установками.

1.2. Методические указания для студентов по дисциплине «Технология тонких пленок»

Цель методических рекомендаций для студента – оптимизация процесса изучения данной дисциплины.

Материалы учебно-методического комплекса выдаются в электронном виде. Эти материалы не являются дословным изложением лекций и лабораторных работ, а лишь их кратким содержанием. Они должны активно использоваться при подготовке к экзамену и при написании аналитического обзора.

Следует помнить, что в экзаменационные вопросы не входит материал, который не был прочитан на лекциях или обсужден на лабораторных работах. Тем не менее, для целей эффективного использования полученных знаний рекомендуется ознакомиться с Интернет-ресурсами и литературой. В рекомендованной литературе, особенно дополнительной, изучаемые вопросы рассматриваются более глубоко, их изучение повышает квалификацию будущего специалиста. Следует также при работе с материалом пользоваться Интернет-ресурсами:

http://www.nanometer.ru/ http://www.nanoworld.org/russian/library.html http://www.ntmdt.ru

http://www.nanoobr.ru/ http://www.rusnanoforum.ru/ http://nano-info.ru/

5

http://www.portalnano.ru/

http://www.nanonewsnet.ru/

http://www.rosnano.ru/

http://e-learning.nanoobr.ru/

http://www.membrana.ru/.

1.3. Программа дисциплины

Цели и задачи дисциплины. Цель преподавания данной дисциплины состоит в изложении основ методов технологии тонких пленок, основанных, главным образом, на общих закономерностях роста пленок, определении свойств пленок, методиках обработки пленок и созданию устройств из них.

Основными задачами освоения дисциплины являются:

-получение и закрепление теоретических и практических знаний в области физических явлений и процессов, лежащих в основе методов технологии тонких пленок;

-понимание принципов устройства и работы типовых установок по приготовлению и модификации тонких пленок;

-приобретение знаний и навыков по оценке возможностей методов сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) и их практическому использованию в исследовании пленок и покрытий различной природы.

Освоение данной дисциплины базируется на изучении студентом дисциплин циклов ЕН и ОПД: математики, общей физики, квантовой механики, теории поля, статистической физики, методов элементного анализа.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины. В

результате изучения данной дисциплины студент должен:

знать:

•физические явления, лежащие в основе методов приготовления, модификации и обработки тонких пленок;

•принцип работы и конструкцию типовых установок по приготовлению и модификации тонких пленок;

6

• практические возможности методов сканирующей зондовой микроскопии в исследовании и контроле структуры и поверхности пленок и покрытий;

уметь:

проводить необходимые эксперименты;

получать результаты, их обрабатывать и анализировать в рамках метода;

использовать полученные результаты в практических целях для разработки новых материалов, явлений и процессов в них.

Содержание разделов дисциплины

1. Введение. Пленка. Подложка.

Цели и задачи дисциплины, схема построения и содержание основных разделов лекций и лабораторного практикума. Основные определения и термины. Основные типы тонких пленок и методы их формирования. Подложки. Материалы подложек и их свойства.

2. Обработка подложек.

Требования, предъявляемые к подложкам. Поверхность подложек и ее формирование. Сорбция и десорбция. Очистка подложек.

3. Формирование пленок.

Процессы формирования тонких пленок. Зародышеобразование. Рост пленок от зародышей до сплошного покрытия. Получение СЗМ изображения пленки.

4. Эпитаксия и кристаллы.

Эпитаксия. Мономолекулярный слой. Низкоразмерные монокристаллы.

5. Дефекты пленок.

Немонокристаллические структуры. Образование дефектов роста пленок. Артефакты в СЗМ.

6. Параметры пленок.

Устройства по контролю роста пленок. Измерение толщины пленок. Исследование поверхности пленок методом атомно-сило- вой микроскопии.

7. Механические и структурные свойства пленок.

7

Адгезия. Влияние подложки на параметры пленок. Механические и структурные свойства тонких пленок. Обработка и количественный анализ СЗМ изображений.

8. Пленки проводников и диэлектриков.

Электрофизические свойства пленок проводников, графитовых пленок. Тонкие пленки диэлектриков.

9. Термическое и электронно-лучевое осаждение пленок.

Напыление пленок термическим способом. Устройство распылительных установок с резистивным нагревом. Процессы формирования пленок электронно-лучевым способом.

10. Ионный и магнетронный методы приготовления пленок.

Осаждение пленок методом ионного распыления. Магнетронные напылительные системы. Получение графитовых пленок.

11. Химические методы синтеза пленок.

Химические методы осаждения пленок. Электрохимические методы формирования пленок.

12.Лазерные, керамические и механические способы получения пленок.

Приготовление пленок с помощью лазера. Керамические и механические методы изготовления пленок. Сравнение методов формирования пленок. Исследование их поверхности методом сканирующей туннельной микроскопии.

13.Обработка и модификация пленок.

Модификация пленок и создание изделий из них. Обработка пленок. Литография.

14. Пленки сверхпроводников.

Пленки сверхпроводников и их формирование. Пленки соединений со структурой А15 и их свойства.

15. Формирование и модификация пленок сверхпроводников.

Формирование пленок ВТСП. Методы модификации сверхпроводящих пленок.

16. Устройства из пленок сверхпроводников.

Обработка пленок и устройства из них. Сверхпроводящие болометры, приемники и датчики излучения.

8

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.4. Аналитический обзор

Для получения положительной оценки на контрольной неделе и для выполнения задания по самостоятельной работе нужно предоставить аналитический обзор литературы по представленным ниже темам, или подобным, к контрольной неделе, объемом 15 – 20 с. Обзор должен быть написан самостоятельно и построен по типу статьи: краткая аннотация: 4 – 5 строчек, введение (цели, задачи обзора, объект рассмотрения), основная часть (описание объекта или способа), заключение, литература. По возможности, предос-

тавить информацию (ссылки на статьи и патенты) об авторах, институтах, лабораториях, которые разрабатывали представленную тематику. Перспективы и прогноз дальнейших иссле-

дований. Возможное применение данных разработок. Предоста-

вить полные данные по фирмам (и желательно предоставить рекламную литературу по их деятельности), которые занима-

10