Примерная программа дисциплины Физическая химия материалов и процессов электронной техники



Скачать 159.37 Kb.
Дата04.01.2013
Размер159.37 Kb.
ТипПримерная программа
минИстерство образования российской федерации

УТВЕРЖДАЮ

Руководитель Департамента

образовательных программ и стандартов

профессионального образования

_______________ Л.С.Гребнев

«____»______________ 2001 г.

примерная программа дисциплины
Физическая химия материалов и процессов электронной техники

Рекомендуется Минобразованием России

для специальности 200100 Микроэлектроника и твердотельная электроника

направления подготовки дипломированных специалистов

654100 ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА


  1. Цели и задачи дисциплины.

Цель преподавания дисциплины состоит в формировании у студентов теоретических знаний и практических навыков в области физической химии для анализа свойств материалов электронной техники и процессов их получения.


  1. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

В результате изучения дисциплины студент должен:

а) знать и уметь использовать:

  • сновные физико-химические закономерности, определяющие свойства материалов электронной техники;

  • термодинамический и кинетический методы анализа и их применение при получении материалов и компонентов твердотельной электроники;

  • основные положения физической химии фаз переменного состава и ее применение для управления составом и свойствами материалов электронной техники.

б) иметь навыки:

  • термодинамических и кинетических расчетов условий получения материалов электронной техники с заданными свойствами;

  • анализа фазовых равновесий на основе Т-х и Р-Т-х диаграмм состояния полупроводниковых систем для выбора условий проведения процессов получения, очистки и легирования полупроводниковых материалов.

в) иметь представление:

  • о теоретических и практических возможностях современнойфизической химии материалов электронной техники;

  • об актуальных проблемах физической химии фаз переменного состава и перспективах ее развития;

  • об общих физико-химических закономерностях, отражающих взаимосвязь между составом, структурой , свойствами и условиями и условиями получения полупроводниковых материалов и структур.





  1. Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

Общая трудоемкость дисциплины

150

7

Аудиторные занятия

85

7

Лекции

51

7

Практические занятия (ПЗ)

17

7

Лабораторные работы

17

7

Самостоятельная работа

65

7

Курсовая работа

20

7

Вид итогового контроля

Экзамен, зачет




  1. Содержание дисциплины

4.1.Разделы дисциплины и виды занятий



п/п

Раздел дисциплины

Лекции

ПЗ

ЛР

Введение

*







1

Характеристика фазового состояния и структуры материалов электронной техники

*

*

*
















2

Элементы энергетической кристаллохимии

*

*

*

3

Термодинамический метод описания свойств материалов и процессов их получения

*

*




4

Химические равновесия в технологии получения материалов и структур твердотельной электроники

*

*




5

Термодинамика растворов и фазовые равновесия в полупроводниковой технологии

*

*

*

6

Термодинамические принципы и методы управления типом и концентрацией точечных дефектов структуры

*

*

*

7

Кинетика физико-химических процессов в технологии полупроводниковых материалов и структур

*

*

*

8

Поверхностные явления и адсорбция

*




*


Заключение

*










    1. Содержание разделов дисциплины

Введение. Физическая химия как теоретическая база развития современных технологических методов получения полупроводниковых материалов, приборов и элементов микроэлектроники с заданными свойствами. Краткое содержание и задачи основных разделов и курса в целом.


  1. Характеристика фазового состояния и структуры материалов электронной техники

Понятие фазы. Характеристика дальнего и ближнего порядка. Особенности строения кристаллических , аморфных, жидких мезаморфных фаз, явление полиморфизма, термодинамическая устойчивость фаз. Кристаллографический метод описания внешней формы и внутреннего строения кристаллов. Элементы симметрии кристаллов. Стереографические проекции элементов симметрии и простых форм. Индицирование граней и направлений в кристаллах. Основные типы структур металлов, полупроводников и диэлектриков, используемых в микроэлектронике. Дефекты структуры реальных кристаллов. Связь между симметриями кристалла, физических свойств и явлений. Прогнозирование возможных физических свойств и явлений в кристаллах с использованием принципа Кюри. Тензорное описание анизотропии физических свойств и явлений в кристаллических фазах.

Методы структурного и фазового анализов, основанные на дифракции рентгеновских лучей, электронов и нейтронов. Уравнение дифракции Вульфа-Брэгга.


  1. Элементы энергетической кристаллохимии.

Современные представления о характере химической связи в твердых фазах. Молекулярные и координационные решетки. Химическая связь в структурах типа алмаз и сфалерит. Электроотрицательность Эффективные заряды атомов в кристаллической решетке соединений.

Расчет энергетической прочности ионных решеток. Ионные и атомные радиусы. Энергетическая прочность атомных решеток. Энергия атомизации и способы ее оценки. Связь между структурными энергетическими, механическими и электрофизическими свойствами фаз.


  1. Термодинамический метод описания свойств материалов и процессов их получения.

Задачи и возможности химической термодинамики применительно к технологическим процессам получения полупроводниковых материалов и структур ЭТ. Термодинамические системы, функции состояния, процессы. Первое начало термодинамики. Теплоемкость. Энтальпия реакции и ее зависимость от температуры.

Второе начало термодинамики. Энтропия как критерий равновесия и протекания процессов в изолированных системах. Энтропия и термодинамическая вероятность. Статистический характер 11 начала термодинамики.

Характеристические функции. Термодинамические потенциалы. Термодинамические критерии направления процессов и условия равновесия в закрытых системах. Фундаментальные уравнения состояния. Парциальные молярные величины и связь их с интегральными свойствами. Химический потенциал. Уравнения состояния для открытых систем. Условия протекания процессов в открытых системах. Уравнение Гиббса-Дюгема. Химический потенциал компонентов смеси идеальных и реальных газов, жидких и твердых растворов. Понятие активности и летучести.


  1. Химические равновесия в технологии получения материалов и структур твердотельной электроники.

Термодинамический вывод закона действующих масс. Константы равновесия. Уравнения изотермы химической реакции Вант-Гоффа и использование его для управления физико-химическими процессами в полупроводниковой технологии.

Влияние температуры и давления пара на химическое равновесие. Уравнения изохоры и изобары химической реакции. Третье начало термодинамики.

Химическая координата (переменная). Зависимость свободной энергии системы от химической координаты. Использование химической переменной для анализа технологических процессов, сопровождающихся одновременным протеканием нескольких химических реакций.


  1. Термодинамика растворов и фазовые равновесия в полупроводниковой технологии.

Термодинамические критерии равновесия фаз. Правило фаз Гиббса.

Фазовые переходы в однокомпонентных системах. Сублимация, кристаллизация, полиморфные превращения. Уравнения Клаузиуса – Клайперона. Р-Т диаграмма состояния однокомпонентной системы. Фазовые переходы второго рода. Термодинамическая теория переходов 11 рода. Фазовые равновесия в двухкомпонентных системах. Зависимость термодинамических функций от состава гетерогенной смеси компонентов. Термодинамические функции смешения, зависимость их от состава. Определение химического потенциала из концентрационной зависимости свободной энергии Гиббса. Графический метод определения состава равновесных фаз. Правило рычага.

Термодинамическое обоснование основных типов диаграмм состояния с помощью концентрационной зависимости свободной энергии системы. Диаграммы состояния с неограниченной и ограниченной растворимостью компонентов, с эвтектическим и перетектическим превращениями, с химическим соединением. Экспериментальные методы фазового анализа и построения диаграмм состояния.

Идеальные и разбавленные растворы. Состав пара над раствором. Законы Генри, Рауля, Коновалова, Р-х диаграммы. Неидеальные растворы. Избыточные термодинамические функции. Коэффициент активности как мера отклонения от идеальности. Термодинамическая классификация растворов. Концепция регулярного раствора, квазихимическое приближение. Параметр взаимодействия. Связь коэффициента активности с параметром взаимодействия.

Аналитическое описание двухфазных равновесий в бинарных системах. Термодинамический анализ растворимости примесей в полупроводниках. Распад твердых растворов.

Трехфазные равновесия в бинарных системах на основе полупроводниковых фаз. Использование Р-Т-х –диаграмм состояний для выбора технологических методов и условий получения, очистки и легирования полупроводниковых материалов.


  1. Термодинамические принципы и методы управления типом и концентрацией точечных дефектов структуры.

Термодинамическое обоснование теплового разупорядочения кристаллической решетки. Энтальпия образования дефектов по В.Шоттки и Я. Френкелю. Конфигурационная энтропия и свободная энергия кристаллов с дефектами. Зависимость концентрации точечных дефектов от температуры.

Дефекты, связанные с отклонением состава фаз от стехиометрического. Кристаллохимическая характеристика дефектов: структурные позиции, энтальпия образования, зарядовые состояния, эффективный радиус, энергия ионизации. Квазихимические уравнения образования дефектов в фазах переменного состава при равновесии их с паром. Р-Т-х диаграммы состояния с соединениями переменного состава. Односторонние и двухсторонние фазы. Использование равновесий пар – кристалл для управления типом и концентрацией точечных дефектов в кристаллических фазах и композициях на их основе.

Основные типы точечных дефектов легированных кристаллов. Механизмы растворимости примесей. Кристаллохимическая характеристика дефектов, связанных с примесями. Взаимодействие примесных и собственных точечных дефектов. Влияние собственных точечных дефектов на механизмы растворимости примесей и их концентрацию.


  1. Кинетика физико-химических процессов в технологии полупроводниковых материалов и структур

Способы описания неравновесных систем. Стационарные и нестационарные процессы. Феноменологические уравнения переноса. Основные положения термодинамики необратимых процессов. Постулаты Онзагера. Термодинамические движущие силы и характеристика потоков вещества и теплоты применительно к технологии полупроводниковых материалов.

Кинетическая классификация физико-химических процессов по степени их сложности. Молекулярность и порядок реакции. Скорость химических гомогенных и гетерогенных процессов. Энергия активации. Влияние температуры на скорость процесса. Правило Аррениуса.

Кинетика диффузионных процессов в полупроводниковой технологии. Законы Фика. Связь коэффициента диффузии с атомными характеристиками твердого тела. Зависимость коэффициента диффузии от температуры и концентрации диффундирующего компонента.

Механизмы диффузии примесей и собственных компонентов в полупроводниках. Влияние дефектов структуры на диффузию. Деградация полупроводниковых приборов как следствие диффузионных процессов.

Кинетика гетерогенных химических процессов в технологии полупроводниковых материалов и композиций. Многостадийность, режимы и лимитирующая стадия гетерогенного химического процесса. Кинетика фазовых переходов. Скорости зародышеобразования. Общие скорости фазовых превращений. Факторы, влияющие на кинетику фазовых переходов.


  1. Поверхностные явления и адсорбция.

Физико-химические явления на границе раздела фаз и их роль в технологических процессах микроэлектроники. Свободная и полная поверхностные энергии, поверхностное натяжение. Смачивание, адгезия, капиллярные явления.

Адсорбция на границе жидкость-газ. Уравнение Гиббса. Адсорбция на поверхностях твердых тел. Молекулярная адсорбция, хемосорбция, десорбция. Адсорбция на границе твердое тело-газ. Изотерма адсорбции Лэнгмюра. Адсорбция на границе твердое тело – раствор. Использование поверхностных явлений в процессах разделения материалов и глубокой очистки полупроводников от примесей.
Заключение

Актуальные физико-химические проблемы современных полупроводниковых технологий и перспективы их решений. Тенденция развития основных направлений и методов физической химии материалов электронной техники.

5.1. Лабораторный практикум



п/п



раздела

дисципл.

Наименование темы лабораторных работ

1

1

Определение типа структуры и периода решетки кристаллического вещества методом рентгеновского фазового анализа

2

5

Термический, дифференциально-термический, металлографический методы анализа фазовых равновесий в бинарных и квазибинарных системах

3

2

Исследование микротвердости кристаллических фаз в зависимости от их состава и типа химической связи

4

4

Определение давления насыщенного пара над твердой или жидкой фазами

5

5

Определение равновесного коэффициента распределения примеси при кристаллизации материала из жидкой фазы

6

7

Исследование процессов диффузии примесей в полупроводниках методом (р-п) перехода

7

6

Компьютерное моделирование процессов управления типом и концентрацией точечных дефектов структуры


5.2. Примерный перечень тем практических занятий



п/п



раздела

дисципл.

Наименование тем практических занятий

1

1

Элементы симметрии кристаллов. Стереографические проекции элементов симметрии и простых форм

2

1

Тензорное описание физических свойств кристаллов

3

2

Расчет энергетической прочности ионных и атомных кристаллов

4

3

Термодинамическое определение возможности протекания процесса и условий равновесия в системе

5

4

Термодинамический анализ процессов испарения и конденсации материалов твердотельной электроники

6

5

Построение изотерм концентрационной зависимости свободной энергии Гиббса для различных видов диаграмм состояния

7

5

Расчет линий ликвидуса и солидуса для систем с неограниченной растворимостью компонентов в жидкой и твердой фазах

8

6

Анализ процессов дефектообразования в кристаллических фазах переменного состава с использованием метода квазихимических реакций

9

7

Расчет процессов диффузии примесей в полупроводниках




  1. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

    1. Рекомендуемая литература

а) основная литература

  1. Глазов В.М. Основы физической химии. – М.: Высшая школа, 1981

  2. Шаскольская М.П. Кристаллография –М.: Высшая школа, 1984.

  3. Крапухин В.В., Соколов И.А., Кузнецов Г.Д. Технология материалов электронной техники. Теория процессов полупроводниковой технологии. -М: МИСИС, 1995.

  4. Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. – М.:Металлургия, 1988.


б) дополнительная литература:

  1. Новиков И.И., Розин К.М. Кристаллография и дефекты кристаллической решетки. –М.: Металлургия, 1990

  2. Ормонт Б.Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимия полупроводников. – М.: Высшая школа, 1982.

  3. Люпис К. Химическая термодинамика материалов. – М.: Металлургия, 1989 г.

  4. Ковтуненко П.В. Физическая химия твердого тела. Кристаллы с дефектами. –М.: Высшая школа, 1993.

  5. Булярский С.В., Фистуль В.И. Термодинамика и кинетика взаимодействующих дефектов в полупроводниках. –М.:Наука, 1997.


7. Материально-техническое обеспечение.
8. Рекомендации по содержанию курсовой работы

Курсовая работа посвящена комплексному изучению взаимосвязи: термодинамические и кинетические условия получения фазы – состав фазы – строение фазы /кристаллическая структура, тип дефектов/ - свойства. В качестве объекта исследования предлагается один из перспективных материалов твердотельной электроники.

При выполнении задания студент должен продемонстрировать знания по химической термодинамике, диффузионной и химической кинетике, по теории дефектов и физике твердого тела, по кристаллохимии, кристаллофизике и материалам электронной техники.

В процессе выполнения задания на основе общетеоретических положений и методов физической химии, сформулированных в лекционном курсе, студент должен установить конкретную взаимосвязь между симметрией структуры заданного материала, симметрией его свойств и симметрией явлений, протекающих в нем при наложении внешних воздействий, рассчитать компоненты тензора заданного свойства, а также выполнить термодинамический и кинетический расчет процесса, протекающего с участием заданного вещества / окисление, получение из компонентов, диссоциация, сублимация и т.п./ Решение термодинамических, кинетических и кристаллофизических задач требует применения вычислительной техники. Ориентировочное время для выполнения студентами предлагаемого задания – 30 часов.
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированных специалистов 654100 – «Электроника и микроэлектроника», специальность 200100 – «Микроэлектроника и твердотельная электроника»
Программу составили:


Чеснокова Д.Б., -

доцент С.-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ»

Луцкая О.Ф. -

доцент С.-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ»

Кузнецов Г.Д. -

профессор Московского института стали и сплавов


Программа одобрена на заседании учебно-методического совета по специальности 200100 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» 15 ноября 2000 г., протокол № 18.


Председатель Совета УМО по образованию

в области автоматики, электроники, микро-

электроники и радиотехники Пузанков Д.В.

Похожие:

Примерная программа дисциплины Физическая химия материалов и процессов электронной техники iconПримерная программа дисциплины технология материалов изделий электронной техники
Цели и задачи дисциплины. Обучение студентов в области современной технологии электроники, формирование основных знаний, умений,...
Примерная программа дисциплины Физическая химия материалов и процессов электронной техники iconПримерная программа дисциплины дпп. 02 Физическая химия
Цель дисциплины: формирование базовых знаний и основных понятий физической химии, представлений о фундаментальных законах и основных...
Примерная программа дисциплины Физическая химия материалов и процессов электронной техники iconРабочей программы дисциплины б. 4 «Физическая химия»
Дисциплина «Физическая химия» является частью цикла Б2 «Математический и естественнонаучный цикл» дисциплин подготовки студентов...
Примерная программа дисциплины Физическая химия материалов и процессов электронной техники iconПримерная программа дисциплины дпп. 03 Физическая электроника
Цель дисциплины: изучение физических основ электронных и электромагнитных процессов, понимание их роли в функционировании технических...
Примерная программа дисциплины Физическая химия материалов и процессов электронной техники iconПрограмма дисциплины дпп. Ф. 05 Физическая химия
Физическая химия является одной из фундаментальных дисциплин современного естествознания, формирующих научное представление об окружающем...
Примерная программа дисциплины Физическая химия материалов и процессов электронной техники iconРабочая программа дисциплины (модуля) физическая химия направление подготовки 020100 Химия Профиль подготовки
Область профессиональной деятельности бакалавров включает научно-исследовательскую, производственно-техническую и педагогическую...
Примерная программа дисциплины Физическая химия материалов и процессов электронной техники iconПримерная программа дисциплины дпп. 04 Органическая химия
Отбор содержания и организация учебного материала базируются на принципах преемственности и дальнейшего развития, т к изучение дисциплины...
Примерная программа дисциплины Физическая химия материалов и процессов электронной техники iconРабочая программа Вступительный экзамен Отрасль наук Химические науки Научная специальность 02. 00. 04 Физическая химия
Рф № иб-733/12 от 22 июня 2011 г и на основании федеральных образовательных стандартов высшего профессионального образования магистратуры...
Примерная программа дисциплины Физическая химия материалов и процессов электронной техники iconПримерная программа дисциплины техническая механика
Техническая механика является фундаментальным курсом в системе подготовки инженеров (конструкторов, исследователей, технологов) электронной...
Примерная программа дисциплины Физическая химия материалов и процессов электронной техники iconН. И. Лобачевского В. И. Чередник регрессионный анализ практикум
Рекомендовано методической комиссией химического факультета для студентов ннгу, обучающихся по направлению подготовки 020100 – «химия»...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org