Антоненко Методические указания и лабораторные работы 2011

ются данными разработкам. В обзоре должны быть отражены методы формирования объекта, способы измерения его характеристик и свойств, применение тонкопленочных объектов и низкоразмерных структур.

Методы формирования тонких пленок, подложек низкораз-

мерных кристаллов: (магнетронный, лазерный, термический (вакуумный), молекулярно-лучевая эпитаксия, жидкофазная эпитаксия, газофазная эпитаксия, дуговой метод, химическое осаждение, электрохимические способы, механические методы, керамическая технология, гальваническое осаждение, ионное напыление, плазменное осаждение, электронно-лучевой метод и т.п. (выбрать один из методов и дать его описание).

Способы измерения характеристик пленок и подложек:

толщина, состав, электрофизические характеристики, адгезия, сорбционные свойства, кристаллическое строение, механические свойства, теплопроводность, топография, рельеф поверхности, шероховатость и т.п. (выбрать один из способов и дать его описание).

Способы изучения свойств пленок, подложек и нанострук-

тур и их характеристики: (полупроводниковые пленки, металлические пленки, островковые пленки, сверхпроводящие пленки, жидкокристаллические пленки, одно- и двумерные кристаллы, пленки с внутренними дефектами, кластеры и т.п. Исследование свойств с помощью ПЭМ, СТМ, РЭМ, РДА, АСМ и т.д. Литография, технологии обработки пленок, изготовление из них изделий и т.д. (выбрать один из объектов или способов его изучения и дать его описание).

Темы обзоров:

1.Применение пленок в индустрии наносистем.

2.Нанотехнология тонких пленок.

3.Применение пленок в атомной и водородной энергетике.

4.Ультратонкие пленки и их свойства.

5.Применение пленок в новых и возобновляемых источниках энергии.

6.Монокристаллические пленки, вискеры и тонкомерные кристаллы.

7.Размерные и квантовые явления в пленках.

8.Пленки диэлектриков.

11

9.Применение композиционных и керамических пленок и покрытий.

10.Применение пленок в электроэнергетике и для энергосбережения.

11.Наноструктурированные пленки.

12.Пленки металлов.

13.ВТСП покрытия второго поколения.

14.Применение пленок традиционных сверхпроводников.

15.Пленки сверхпроводников.

16.ВТСП пленки и изделия из них.

1.5. Контрольно-измерительные материалы

Цель преподавания дисциплины «Технология тонких пленок» состоит в изложении основ сведений о тонких пленках, подложках, методов формирования, обработки и модификации пленок, их применении и о сверхпроводящих пленках. Главное внимание при этом уделяется металлическим, диэлектрическим, полупроводниковым и сверхпроводниковым пленкам и методам их синтеза. Излагаются основы технологии приготовления, модификации и применения конденсированных тонких пленок. Основными задачами освоения дисциплины являются: ознакомление студентов с различными типами тонких пленок, их отличительными характеристиками и возможными областями применения с целью подготовки к лабораторным работам; приобретение студентами знаний и навыков по оценке характеристик различных тонких пленок и их практическому использованию. Освоение данной дисциплины базируется на изучении студентом дисциплин циклов ЕН и ОПД: математики, общей физики, лабораторных практикумов.

Дисциплина читается в 9 семестре в объеме 72 часов. Назначение контрольно-измерительных материалов – итоговое

тестирование усвоения дисциплины «Технология тонких пленок». Тест проводится письменно. Студент получает лист с 10 вопросами, на каждый из первых восьми вопросов дано 4 варианта ответа, один или два из которых являются правильными. Студент должен выбрать один из вариантов. На вопросы с 5 по 8 желательно дать краткое объяснение выбора ответа. На два последних вопроса

12

нужно дать развернутый ответ. Время проведения тестирования – 60 минут. Для успешного прохождения тестирования достаточно правильно ответить на первые 5 вопросов и дать развернутый ответ хотя бы на один из двух последних вопросов.

ВАРИАНТ

13

Ответы: 1-г; 2-а; 3-в; 4-б; 5-в; 6-б; 7-б; 8-а, б.

14

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕХНОЛОГИЯ НАНОСТРУКТУР»

2.1. Методические указания для преподавателя по дисциплине «Технология наноструктур»

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

Первая часть курса посвящена технологии приготовления наноструктур на основе полупроводников. В процессе преподавания рекомендуется широко использовать презентации, а сами занятия проводить в интерактивных классах. Особое внимание студентов следует обратить на Интернет-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 методы получения нанопроволок и кластеров. Знания, полученные студентами при изучении различных дисциплин, применяются при рассмотрении методов приготовления нанопроволок и кластеров и способов 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 формирования фуллеренов, эндоэдралов, клатратов. Необходимо ознакомить студентов с методами приготовления, исследования и обработки фуллеренов, эндоэдралов, клатратов. Нужно представить, на примере сканирующей зондовой литографии, методы изучения свойств таких нанообъектов.

Четвертая часть дисциплины посвящена технологии получения нанотрубок, изделий из них и других наноструктур на основе угле-

15

рода. Особое внимание следует уделить методам приготовления нанотрубок 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 напомнить о цикле лабораторных работ «Получение и исследование наноструктур».

Результатом изучения дисциплины должно стать понимание студентом технологии наноструктур.

2.2. Методические указания для студентов по дисциплине «Технология наноструктур»

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 при подготовке аналитических обзоров. 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/ http://www.portalnano.ru/ http://www.nanonewsnet.ru/

16

http://www.rosnano.ru/

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

http://www.membrana.ru/.

2.3. Программа дисциплины

Цели и задачи дисциплины. Цель преподавания данной дисциплины состоит в изложении основ методов технологии наноструктур, определении их свойств, способах создания устройств из них и затронуты вопросы применения наноструктур в науке и технике.

Основными задачами освоения дисциплины являются:

-приобретение и закрепление теоретических и практических знаний в области физических явлений и процессов, лежащих в основе методов синтеза наноструктур;

-понимание принципов устройства и работы типовых установок по формированию и модификации наноструктур;

-получение знаний и навыков по оценке возможностей методов сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) и их теоретическому 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 и структурного анализа, экспериментальной физики наноструктур.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины. В

результате изучения данной дисциплины студент должен:

знать:

1.физические явления, лежащие в основе методов приготовления, модификации и обработки наноструктур;

2.принцип работы и конструкцию типовых установок по приготовлению и модификации наноструктур;

3.теоретические возможности методов сканирующей зондовой микроскопии в исследовании и контроле структуры и поверхности пленок и покрытий.

17

Содержание разделов дисциплины

1. Введение. Пленки. Подложки.

Цели и задачи дисциплины, схема построения и содержание основных разделов лекций. Основные определения и термины. Полупроводники и формирование пленок из них. Классификация полупроводников. Механизмы приготовления пленок полупроводников. Основные типы полупроводниковых подложек. Рост полупроводниковых монокристаллических подложек. Требования, предъявляемые к полупроводниковым подложкам. Контроль качества подложек и пленок с помощью зондовой и электронной микроскопии.

2.Обработка и покрытие полупроводниковых подложек и пле-

нок.

Модификация полупроводниковых подложек. Механическая обработка, технохимическая обработка и подготовка подложек. Защитные, изолирующие и другие дополнительные покрытия пленок. Диэлектрические пленки. Пленки кремнийорганических соединений, полимеров и стекол. Дополнительные покрытия пленок.

3.Эпитаксиальное выращивание пленок полупроводников.

Молекулярно-лучевая эпитаксия. Описание метода МЛЭ. Уста-

новки МЛЭ. Жидкофазная, газофазная и иные типы эпитаксии. Синтез пленок методом ЖФЭ. Получение пленок способом ГФЭ. Твердофазная и лазерная вакуумная эпитаксия. Анализ СЗМ изображений.

4. Низкоразмерные системы.

Получение гетероструктур. Гетеропереходы и гомопереходы. Создание гетеропереходов. Методы формирования сверхрешеток. Анализ СЗМ изображений. Методы синтеза квантовых ям и нитей (проволок). Низкоразмерные системы. Наносистемы с квантовыми ямами. Получение квантовых нитей.

5. Устройства из наноструктур.

Способы приготовления квантовых точек. Синтез вертикально связанных массивов квантовых точек (ВСМКТ). Формирование наноструктур с двумерным электронным газом (ДЭГ). ДЭГ. Формирование наноструктур типа МДП и МОП (металл-диэлектрик (оксид)-полупроводник). Изготовление устройств из наноструктур.

18

Изделия из гетероструктур, гетеропереходов, сверхрешеток и квантовых точек.

6. Нанопроволоки и кластеры.

Нанопроволоки. Кластеры и их ассоциации. Химия кластеров и способы их модификации. Формирование кластеров. Получение кластеров термическими и лазерными методами. Синтез кластеров

спомощью молекулярных пучков.

7.Модификации углерода.

Общие свойства модификаций углерода. Приготовление углеродных и алмазных пленок. Формирование алмазоподобных покрытий и эпитаксиальных пленок алмаза. Углеродные фуллерены и методы их получения. Конденсированные фуллерены. Фуллерит. Пленки фуллеренов.

8. Эндоэдралы, онионы, клатраты.

Эндоэдралы, нановискеры и другие структуры углерода. Онионы и шаровидный углерод. Формирование онионов. Обработка фуллеренов и эндоэдралов и их применение. Сборка фуллеренов и их трансформация друг в друга. Модификация фуллеренов и эндоэдралов. Соединения включения. Клатраты и методы их формирования. Наноструктуры типа «гость-хозяин».

9. Нанотрубки и их формирование.

Нанотрубки – типы, структура и модели роста. Формирование дефектов в многостенных нанотрубках (МСНТ). Дуговой метод приготовления нанотрубок. Способы формирования нанотрубок с помощью лазера и электронного луча.

10.Химические, магнетронные и другие методы синтеза нанотрубок.

Химические способы изготовления нанотрубок. Электролитический метод синтеза НТ. Магнетронный, токовый и другие методы выращивания нанотрубок.

11.Обработка нанотрубок и создание комплексов из них.

Формирование жгутов и кристаллов из нанотрубок. Выращива-

ние нанотрубок, вертикально ориентированных к подложке. Связки и кристаллы из НТ. Технологии обработки нанотрубок. Получение открытых УНТ. Заполнение нанотрубок.

12. Структуры из нанотрубок и их применение.

19

Нанотрубки из разных материалов. Свойства нанотрубок. Композиты, нити и другие наноструктуры углерода. Нити и бумага из НТ. Применение нанотрубок и других наноструктур.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.620.3 (075) Антоненко С.В. Технология наноструктур:

2.621.39 Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой

3.539.23 Антоненко С.В. Технология тонких пленок:

5.539.2 Физические основы методов исследования нано-