Учебная программа дисциплины " современные проблемы физической электроники" - pismo.netnado.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Программа учебной дисциплины оп. 03 Основы электроники и цифровой... 1 93.41kb.
Рабочая учебная программа по общей гигиене с экологией, военной и... 5 828.72kb.
Учебно-методический комплекс по дисциплине дпп. В. 04 Поэтика серебряного... 10 1974.91kb.
Учебная программа дисциплины (силлабус) Наименование дисциплины: 2 513.73kb.
Современные проблемы филологии 1 47.57kb.
Актуальные проблемы социологии физической культуры и спорта 1 413.17kb.
Учебная программа дисциплины (силлабус) Наименование дисциплины:... 1 203.91kb.
Рабочая учебная программа по дисциплине для специальности форма обучения... 1 190.56kb.
Учебная программа дисциплины электронная коммерция 1 361.26kb.
Выпускная работа по «Основам информационных технологий» Магистрант... 2 243.38kb.
Рабочая учебная программа по дисциплине «Моделирование рынка ценных... 1 276.43kb.
От логистов!!!! Матрицы, эталон. Стратегии, портер, этапы, реализация... 1 222.88kb.
Урок литературы «Война глазами детей» 1 78.68kb.
Учебная программа дисциплины " современные проблемы физической электроники" - страница №1/1

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ РАДИОФИЗИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ


Учебная программа дисциплины


СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ”

По специальности 1-31 80 08 Физическая электроника

Академическая степень: магистр физико-математических наук

Нормативный срок обучения – 1 год

Утверждена на заседании Ученого совета

факультета радиофизики и электроники,

протокол №3 от 1.11.2006

Минск


2006

Программа разработана на кафедрах физической электроники и информатики.

Разработчики: профессор Мулярчик С.Г., профессор Борздов В.М.,

профессор Комаров Ф.Ф., доцент Бурмаков А.П.


ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа КУРСА «Современные проблемы физической электроники» разработана в соответствии с типовым учебным планом второй ступени высшего образования по специальности 1-31 80 08 Физическая электроника и соответствует современному уровню научных исследований в этой области.

Целью программы является установление объема и уровня профессиональных знаний соискателя академической степени магистра физико-математических наук в области физической электроники.

В данном курсе лекций рассматриваются вопросы взаимодействия потоков частиц и плазмы с веществом, методы современной вычислительной электроники, а также физические основы наноэлектроники.

В результате изучения дисциплины соискатель должен



знать:

– основные методы генерации высокоэнергетических потоков электронов, ионов, нейтральных частиц и плазмы, а также физические процессы, протекающие при взаимодействии этих потоков с поверхностями твердых тел;

– численные методы решения типовых задач математической электроники: конечно-разностные и конечно-элементные методы для уравнений в частных производных эллиптического, параболического и гиперболического типов;

– основные физические процессы, протекающие в системах пониженной размерности и определяющие электрофизические свойства этих систем;



уметь:

– исследовать, разрабатывать и совершенствовать технологии модификации свойств поверхности при воздействии на нее высокоэнергетических потоков частиц;

– решать простые модельные задачи, а также достаточно сложные задачи вычислительной электроники, такие как расчет электростатического потенциала в слоистых диэлектрических средах, моделирование процессов переноса заряда в двумерных полупроводниковых структурах;

– строить физико-математические модели функционирования простейших устройств наноэлектроники.

В типовом учебном плане второй ступени высшего образования по специальности

«Физическая электроника» для изучения дисциплины «Современные проблемы физической электроники» выделено 76 аудиторных часов.




СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Часть I. вЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОТОКОВ ЧАСТИЦ И ПЛАЗМЫ С ВЕЩЕСТВОМ.
Поверхность. Типы неоднородности. Связь неоднородности и свойств поверхности.

Генерация электронных потоков. Термоэлектронная эмиссия, автоэлектронная эмиссия, взрывная эмиссия, плазменная эмиссия, формирование электронных пучков.

Процессы при взаимодействии электронов с поверхностью твердого тела. Классификация процессов. Упругое рассеяние электронов. Неупругое рассеяние электронов: ударная ионизация, возбуждение атомов и молекул, диссоциация молекул, возбуждение фононов. Торможение электрона в поле ядра. Пробег электронов в твердом теле. Распределение выделенной энергии по глубине. Нагрев твердого тела. Радиационно-химические превращения в твердом теле. Процессы эмиссии электронов: упругоотраженные первичные электроны, неупругоотраженные первичные электроны, истинно вторичные электроны, оже-электронная эмиссия. Суммарный спектр электронной эмиссии. Эмиссия электромагнитного излучения: тормозное излучение, характеристическое рентгеновское излучение, люминесцентное излучение, рекомбинационный континуум, вторичная люминесценция.

Применение процессов взаимодействия электронов с поверхностью твердых тел. Термическая обработка материалов: легирование полупроводников и получение твердых растворов, отжиг кристаллических поверхностей, структурные превращения в материалах, вакуумный переплав, вакуумная плавка, восстановление металлических поверхностей, сварка, размерная обработка, нанесение пленочных покрытий, образование микроплазмы из материала поверхности. Радиационно-химические превращения: электронолитография, разложение металлоорганических соединений, стимуляция процессов травления и очистки поверхностей. Генерация и преобразование электромагнитного излучения. Анализ поверхности и тонких пленок: электронная Оже – спектроскопия, растровая электронная микроскопия (РЭМ), просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), рентгеноспектральный микроанализ (РСМА).

Источники потоков атомов, молекул и радикалов (НЧ). Термические источники НЧ. Газодинамические источники. Ионно-лучевые источники. Ионно-плазменные источники. Плазменные источники. Ионные источники.

Процессы при взаимодействии атомов, молекул и радикалов с поверхностью твердых тел. Классификация процессов. Отражение первичных НЧ. Упругое отражение без изменения кинетической энергии НЧ. Упругое отражение с обменом кинетической энергией. Неупругое отражение с поверхностной ионизацией. Неупругое отражение с поверхностным тушением. Эмиссия электронов. Физическое распыление поверхности. Десорбция слабосвязанных инородных частиц. Адсорбция падающих НЧ. Силы связи при адсорбции. Потенциальные кривые адсорбции. Десорбция и миграция. Физическая адсорбция. Химическая адсорбция. Внедрение НЧ (Атомная имплантация). Диффузия адсорбированных НЧ и растворение газов. Химическое травление (распыление). Нагрев поверхности.

Применение процессов взаимодействия НЧ с поверхностью твердого тела. Технологии нанесения пленочных покрытий. Эпитаксиальное наращивание. Окисление, азотирование и карбидизация поверхности. Радикальное травление (РТ) поверхностных слоев. Получение вакуума (вакуумные насосы).

Источники ионных потоков. Источник Кауфмана. Дуговой источник. Источник на базе УАС (ускоритель с анодным слоем). Полевые зондовые источники.

Процессы при взаимодействии ионов с поверхностью твердого тела. Классификация процессов взаимодействия. Упругое и неупругое рассеяние ионов в твердом теле. Теоретическая модель. Пробеги ионов в твердом теле. Каналирование ионов. Ион-электронная эмиссия. Физическое (катодное) распыление (травление) поверхности. Теоретическая модель. Экспериментальные результаты. Характеристики распыленных частиц. Распыление сплавов и химических соединений. Вторичная ион-ионная эмиссия. Химическое распыление (травление) поверхности. Образование радиационных дефектов. Аморфизация. Ионное перемешивание. Обратное отражение (рассеяние) первичных ионов. Адсорбция ионов. Эмиссия электромагнитного излучения. Нагрев поверхности.

Применение процессов взаимодействия ионов с поверхностью твердого тела. Ионная имплантация. Получение силицидов тугоплавких металлов. Ионолитография. Нанесение пленочных покрытий. Травление поверхностей. Анализ поверхности и тонких пленок. Вторичная ионная масс-спектроскопия (ВИМС). Спектроскопия обратного рассеяния. Оже-спектроскопия с ионным возбуждением.

Взаимодействие плазмы с поверхностью твердого тела. Общие представления и терминология физики плазмы. Плазменное состояние вещества. Элементарные процессы в низкотемпературной плазме. Процессы переноса в плазме. Модели состояния плазмы. Методы получения плазмы. Физические процессы при контакте плазмы с поверхностью и их применение.

Часть II. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА.
Уравнении математической электроники. Стационарные процессы. Постановка краевых задач. Разрывные коэффициенты и сосредоточенные источники. Нестационарные процессы. Волновые процессы.

Сетки и сеточные функции. Одномерная область. Двумерная прямоугольная область. Двумерная область произвольной формы.

Разностная аппроксимация на прямоугольной сетке. Основные определения. Аппроксимация производных. Аппроксимация операторов одномерных уравнений. Аппроксимация операторов двумерных уравнений. Аппроксимация на неравномерной сетке.

Разностные схемы и их характеристики. Постановка разностной задачи. Аппроксимация, сходимость, устойчи­вость разностных схем.



Аппроксимация граничных и начальных условий. Аппроксимация граничных и начальных условий одномерных задач. Аппроксимация граничных условий первого рода. Аппроксимация смешанных граничных условий. Аппроксимация внутренних граничных условий.

Устойчивость и консервативность разностных схем. Методика исследования устойчивости. Устойчивость разностных схем краевой задачи одномерной диффузии. Устойчивость разностных схем краевой задачи двумерной диффузии. Свойство консервативности.

Построение консервативных разностных схем. Консервативные разностные схемы. Интегро-интерполяционный метод построения консервативных разностных схем.

Разностные схемы для двумерного уравнения электростатики. Постановка задачи. Построение сетки. Конечно-разностная аппроксимация. Численное решение.

Разностные схемы на треугольных сетках. Особенности построения сетки. Вычисление вкладов треугольных сегментов. Конечно-разностная аппроксимация. Нелинейные краевые задачи.

Моделирование биполярных полупроводниковых приборов. Постановка краевой задачи. Сетка и интегральные тождества. Дискретное уравнение Пуассона. Дискретные уравнения непрерывности. Численное решение.

Проекционные методы. Введение в проектирование. Метод Галеркина. Метод Ритца. Метод конечных элементов.

Метод конечных элементов для двумерных задач. Краевая задача для уравнения Лапласа и энергия системы. Конечные элементы первого порядка. Объединение конечных элементов. Построение конечно-элементной разностной схемы. Метод конечных элементов для уравнения Пуассона.

Прямые методы решения разностных схем. Общая характеристика методов. Метод Гаусса. Метод LU-факторизации. Метод Холесского. Устойчивость и точность алгебраических методов. Прямые методы для систем с разреженными матрицами.

Итерационные методы решения разностных схем. Схема итерационных методов. Метод простой итерации (метод Якоби). Метод Гаусса-Зейделя. Метод последовательной релаксации. Метод неполной факторизации.

Специальные итерационные методы. Метод сопряженных градиентов. Основные свойства метода сопряженных градиентов. Экономичная форма метода сопряженных градиентов. Переобусловленный метод сопряженных градиентов. Обобщенный метод сопряженных градиентов. Метод бисопряженных градиентов.

Часть III. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ.
Особенности энергетического спектра электронов в системах пониженной размерности. Рассеяние электронов на потенциальной ступеньке. Потенциальный барьер конечной ширины. Интерференционные эффекты при надбарьерном пролете электронов. Электрон в прямоугольной потенциальной яме. Особенности движения электронов над потенциальной ямой. Энергетические состояния в прямоугольной квантовой яме сложной формы. Структура со сдвоенной квантовой ямой. Прохождение электронов через многобарьерные квантовые структуры. Энергетический спектр сверхрешеток. Классификация сверхрешеток.

Влияние однородного электрического поля на энергетический спектр систем пониженной размерности. Влияние однородного электрического поля на энергетический спектр электронов в прямоугольной потенциальной яме с бесконечно высокими стенками. Смещение энергетических уровней под действием электрического поля в прямоугольной потенциальной яме конечной глубины.

Распределение квантовых состояний в системах пониженной размерности. Особенности распределения плотности состояний в двумерных (2-D) системах. Зависимость и положение уровня Ферми от концентрации и толщины пленки для 2-D систем. Распределение плотности состояний в квантовых проволоках и квантовых точках.

Экранирование электрического поля в структурах пониженной размерности. Приповерхностная область пространственного заряда. Разновидности ОПЗ. Определение зависимости потенциала в ОПЗ от координаты. Поверхностное квантование. Экранирование электрического поля в 2-D системах. Особенности экранирования электрического поля в квантовых проволоках.

Квантовый эффект Холла в двумерном электронном газе. Энергетический спектр электронов в постоянном однородном магнитном поле. Проводимость двумерного электронного газа. Дробный квантовый эффект Холла.

Особенности фононного спектра в системах пониженной размерности. Дисперсионные зависимости фононов в полупроводниковых сверхрешетках. Свертка ветвей акустических фононов. Локализация фононов. Интерфейсные фононы.

Особенности процессов переноса носителей заряда. Всплеск во времени дрейфовой скорости при воздействии электрического поля. Баллистический транспорт в полупроводниках и субмикронных приборах. Особенности электрон-фононного взаимодействия в системах пониженной размерности. Асимметричные структуры в магнитном поле. Эффект Аронова-Бома.

Туннелирование через квантоворазмерные структуры. Туннелирование через двухбарьерную структуру с квантовой ямой. ВАХ многослойных структур.

Рассеяние электронов в квантовых проволоках. Транзисторные структуры на основе квантовых проволок. Квантовые точки. Приборные структуры на квантовых точках. Фотоприемники на квантовых ямах. Энергонезависимая память.

Одноэлектроника. Физические основы одноэлектроники. Практическая реализация одноэлектронных приборов.

Углеродные нанотрубки. Перенос электронов в углеродных нанотрубках. Приборы на основе нанотрубок.

Спинтроника. Квантовые вычисления и квантовые компьютеры.

Основная литература
1. Бурмаков А. П., Гайдук П. И., Комаров Ф. Ф., Леонтьев А. В. Физические основы технологии микроэлектроники. Мн.: БГУ, 2002.

2. Комаров Ф. Ф., Комаров А. Ф. Физические процессы при ионной имплантации в твердые тела. Мн.: УП «Технопринт», 2001.

3. Броудай И., Мерей Дж.. Физические основы микротехнологии. М.: Мир, 1985.

4. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. М.: Высшая школа, 1988.

5. Фельдман Л, Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок. М.: Мир, 1989.

6. Технология СБИС. Под ред. С.Зи. Т.1 и т.2. М.: Мир, 1986.

7. Достанко А.П., Баранов В.В., Шаталов В.В. Пленочные токопроводящие системы СБИС. Мн.: Высшая школа, 1989.

8. Мулярчик С. Г. Вычислительная электроника. – Мн.: БГУ, 2003.

9. Мулярчик С. Г. Численное моделирование микроэлектронных структур. Мн.: Университетское, 1989.

10. Вержбицкий В. М. Численные методы. М., 2000.

11. Ильин В. П. Численные методы решения задач электрофизики М., 1985.

12. Крылов В. И., Бобков В. В., Монастырный П. И. Вычислительные методы: В 2 т. М., 1976-1977.

13. Марчук Г. И. Методы вычислительной математики. М., 1977.

14. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы наноэлектроники. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000.

15. Борздов В.М., Жевняк О.Г., Комаров Ф.Ф., Галенчик В.О. Моделирование методом Монте-Карло приборных структур интегральной электроники – Мн: БГУ, 2007.

16. Борздов В.М., Комаров Ф.Ф. Моделирование электрофизических свойств твердотельных слоистых структур интегральной электроники. Мн: БГУ, 1999.

17. Сугано Т., Икома Т.. Такаэси Е. Введение в микроэлектронику. М.: Мир, 1988.

18. Андо Т., Фаулер А., Стерн Ф. Электронные свойства двумерных систем. М.: Мир, 1985.

19. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры. М.: Мир, 1989.

20. Борисенко В.Е., Воробьева А.И., Уткина Е.А. Наноэлектроника. В 3 ч. Мн.: БГУИР, 2002–2004.

21. Воробьев Л. Е., Ивченко Е. Л., Фирсов Д. А., Шалыгин В. А. Оптические свойства наноструктур. СПб: Наука, 2001.

Дополнительная литература
1. Комник Ю. Ф. Физика металлических пленок. М.: Атомиздат, 1979.

2. Розанов Л. Н. Вакуумная техника. М.: Высшая школа, 1990.

3. Данилин Б. С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок. М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. Плазменная технология в производстве СБИС. Пер. с англ. под ред. Н. Айнспрука и Д.Брауна. 1987.

5. Комаров Ф. Ф., Комаров А. Ф. Физические процессы при ионной имплантации в твердые тела. Мн., 2001.

6. Писсанецки С. Технология разреженных матриц. М.: Мир, 1988.

7. Поттер Д. Вычислительные методы в физике. М.: Мир, 1975.

8. Самарский А. А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977.

9. Силъвестер П., Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков. М., 1986.

10. Хейгеман Л., Янг Д. Прикладные итерационные методы. М.: Мир, 1986.

11. Строшио М., Дутта М. Фононы в наноструктурах / Пер. с англ. под ред. Г.Н. Жижина. М.: Физматлит, 2006.

12. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию / Пер. с японск. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2005.



13. Кульбачинский В. А. Двумерные, одномерные, нульмерные структуры и сверхрешетки. М.: Изд-во МГУ, 1998.