Раб.прогр. Размерный эффект электропроводности тонких

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский
государственный
Университет им. Х.М. Бербекова»
Кафедра физики конденсированного состояния
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор КБГУ по УР
_________ Кажаров А.Г.
«___»___________2014 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
РАЗМЕРНЫЙ ЭФФЕКТ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ТОНКИХ ПЛЕНОК
Направление подготовки 011200 - Физика
Профиль подготовки
Физика конденсированного состояния
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Нальчик – 2014
Рецензент
доктор физико-математических наук, проф. _________Ахкубеков А.А.
Рабочая программа дисциплины «Размерный эффект электропроводности
тонких пленок» /сост. Х.Х.Калажоков – Нальчик: ФГБОУ КБГУ, 2014. – 14 с.
Рабочая программа по выбору студента предназначена для преподавания
дисциплины студентам очной формы обучения по направлению подготовки
011200.62– Бакалавр физики.
Рабочая программа составлена с учетом Федерального государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования по
направлению подготовки 011200.62 – Бакалавр физики, утвержденного приказом
Министерства образования и науки Российской Федерации «8» декабря 2009 г. 711.
Составитель ____________________ Х.Х. Калажоков
(подпись)
27.08.2014 г.
Калажоков Х.Х.., 2014
 ФГБОУ КБГУ, 2014
2
Содержание
№
1
2
3
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
5
5.1
6
6.1
7
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
8
Цели и задачи освоения дисциплины……………………………………………
Место дисциплины в структуре ООП ВПО.......…………………………….......
Требования к результатам освоения содержания дисциплины..........................
Содержание и структура дисциплины (модуля)....…………………………......
Содержание разделов дисциплины.......................................................................
Структура дисциплины...........................................................................................
Лабораторные работы……………………………………………………….........
Практические занятия (семинары)....………………………………………........
Курсовой проект (курсовая работа)
Самостоятельное изучение разделов дисциплины……………………………..
Образовательные технологии................................................................................
Интерактивные образовательные технологии, используемые в аудиторных
занятиях……………………………………………………………………………
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и
промежуточной аттестации....................................................................................
Вопросы к зачету
Учебно-методическое обеспечение дисциплины (модуля)......................……..
Основная литература…………………………………………………………......
Дополнительная литература………………………………………………….......
Периодические издания.....……………………………………….…………........
Интернет-ресурсы...................................................................................................
Методические указания к лабораторным работам ……………………..…….
Методические указания к практическим занятиям .............................................
Программное обеспечение современных информационнокоммуникационных технологий ...................................................................……
Материально-техническое обеспечение дисциплины…………………….........
Лист согласования рабочей программы дисциплины…..………………….......
Дополнения и изменения в рабочей программе дисциплины …………….......
стр.
4
4
4
5
5
7
7
7
7
8
8
9
9
10
10
10
11
12
12
12
12
12
12
3
1. Цели и задачи освоения дисциплины
Цель курса: ознакомить студентов с явлениями, происходящими с параметрами
вещества, в частности с электропроводностью с уменьшением размера.
Задачами курса научить студентов понимать изменение параметров вещества,
происходящие с уменьшением их размера, использовать эти изменения для решения
научно-технических задач.
2 Место дисциплины в структуре ООП ВПО
1) Дисциплина «Размерный эффект электропроводности тонких пленок» к
дисциплинам по выбору вариативной части профессионального цикла Б.3.38 и является
одной из дисциплин, формирующих профессиональные знания и навыки, характерные для
бакалавра по направлению подготовки 011200.62 - бакалавр физики.
Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:
Молекулярная физика, Электричество, Электродинамика, Атомная физика, Квантовая
механика и др.
3 Требования к результатам освоения содержания дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих
компетенций в соответствии с ФГОС ВПО и ООП ВПО по данному направлению
подготовки:
а) общекультурных (ОК):
способностью совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и
общекультурный уровень (ОК-1);
способностью к самостоятельному обучению новым методам исследования, к
изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной
деятельности (ОК-2);
способностью использовать на практике умения и навыки в организации
исследовательских и проектных работ, в управлении коллективом (ОК-4);
готовностью к активному общению с коллегами в научной, производственной и
социально-общественной сферах деятельности (ОК-6).
б) профессиональных (ПК):
способностью демонстрировать навыки работы в научном коллективе, порождать
новые идеи (креативность) (ПК-2);
способностью понимать основные проблемы в предметной области, выбирать
методы и средства их решения (ПК-3);
способностью самостоятельно приобретать и использовать в практической
деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний,
непосредственно не связанных со сферой деятельности (ПК-4);
способностью к профессиональной эксплуатации современного оборудования и
приборов (ПК-5);
готовностью оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной
работы (ПК-6);
готовностью формулировать цели и задачи научных исследований в соответствии с
тенденциями и перспективами развития электроники и наноэлектроники, а также
смежных областей науки и техники, способностью обоснованно выбирать теоретические и
экспериментальные методы и средства решения сформулированных задач (ПК-16);
4
способностью к организации и проведению экспериментальных исследований с
применением современных средств и методов (ПК-19);
способностью делать научно-обоснованные выводы по результатам теоретических и
экспериментальных исследований, давать рекомендации по совершенствованию
устройств и систем, готовить научные публикации и заявки на изобретения (ПК-20).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: иметь представления о механизмах электропроводности в тонких пленках и нитях.
Уметь: понимать механизм электропроводности и его особенности с уменьшением
размера проводника.
Владеть: основами знания, о механизмах электропроводности в тонких пленках и нитях,
понимать явления, происходящие в низкоразмерных системах при прохождении
электрического тока.
Приобрести опыт: в создании тонких пленок и нитей, используемых в электронике.
4. Содержание и структура дисциплины
4.1. Содержание разделов дисциплины
№
раздела
1
2
3
Наименование
раздела
Содержание раздела
1-ый семестр
Введение.
Классическая электронная теория
Классическая теория Друде. Причины электрического
электропроводности. сопротивления. Электрическое
сопротивление и электропроводность
металлов. Температурная зависимость
электропроводности металлов,
сплавов, полупроводников и
диэлектриков. Сверхпроводимость и
сверхпроводниковые материалы.
Пределы применимости классической
теории электропроводности.
Трудности классической теории
электропроводности
Квантовая теория
Введение. Модель металла по
электропроводности Зоммерфельду. Основы квантовой
теории электропроводности. Зонная
теория твердого тела. Распределение
Ферми-Дирака. Концентрация и
подвижность электронов в металлах.
Зонная теория твердого тела и
электропроводность металлов ,
полупроводников и диэлектриков.
Собственная и примесная
проводимость полупроводников.
Сверхпроводимость с точки зрения
квантовой теории металлов.
Тонкие пленки и
Понятие пленки металлов и сплавов.
Форма текущего
контроля
ДЗ, РК, Т
ДЗ, РК, Т
ДЗ, РК, Т
5
нити
Способы получения тонких пленок,
их параметры и характеристики.
Классическая теория
электропроводности тонких пленок
металлов, сплавов и
полупроводников.
Введение. Теория классических
размерных эффектов. Объемная
проводимость. Тонкие пленки.
Тонкие проволоки. Параметры
зеркальности. Анизотропия
монокристалла. Температурная
зависимость электропроводности.
Измерения на одном образце.
Приготовление образцов.
Эксперименты с тонкими
проволоками. Температурная
зависимость. Обсуждение
экспериментальных результатов.
Механизмы электропроводности
тонких проволок и пленок.
4
Размерный эффект в
электропроводности
тонких пленок.
Р, РК, Т
5
Экспериментальные
измерения.
6
Квантовые
размерные эффекты
Введение. Квантовая теория
размерного эффекта
электропроводности. Эксперимент
и сравнение результатов теории с
экспериментом. Современные
подходы.
ДЗ, К, РК, Т
7
Практическое
использование
размерных эффектов
электропроводности
тонких пленок.
Газовые сенсоры. Устройство,
принцип действия, основные
параметры. Недостатки современных
газовых сенсоров. Пути их
улучшения.
ДЗ, РК, Т
ДЗ, К, РК, Т
В разделе 4 приводятся планируемые формы текущего контроля. Защита
лабораторной работы (ЛР), выполнение домашнего задания (ДЗ), написание
реферата (Р), коллоквиум (К), рубежный контроль (РК), тестирование (Т) и т.д.
4.2. Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы (72 часа).
Вид работы
Общая трудоемкость
Аудиторная работа
Лекции (л)
Практические работы
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля
Трудоемкость, часов
72 часа
36
18
18
36
Зачет
4.3. Лабораторные занятия - учебным планом не предусмотрены
6
4.4.Практические работы
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Содержание занятий
Кол-во
часов
Расчет электросопротивления образцов различной формы чистых
2
металлов
Расчет электросопротивления образцов различной формы сплавов
2
Расчет температурной зависимости электросопротивления чистых
2
металлов
Расчет температурной зависимости электросопротивления сплавов
2
Расчет температурной зависимости электросопротивления
2
полупроводников
Расчет температурной зависимости электросопротивления металлов в
2
зависимости от размера
Расчет температурной зависимости электросопротивления сплавов в
2
зависимости от размера
Расчет температурной зависимости электросопротивления
2
полупроводников в зависимости от размера
Расчет температурной зависимости электросопротивления диэлектриков
2
в зависимости от размера
Всего
18 ч.
4.5 Курсовой
предусмотрено
проект
(курсовая
работа)
–
учебным
планом
не
4.6 Самостоятельная работа
№
1
2
3
4
5
6
7
8
Содержание занятий
Электропроводность чистых металлов.
Электропроводность чистых и примесных полупроводников.
Температурная зависимость электропроводности чистых металлов.
Температурная зависимость электропроводности чистых и примесных
полупроводников.
Методы создания тонких проволок.
Методы создания тонких пленок.
Измерение электросопротивления тонких проволок и пленок.
Четырехзондовый метод определения электросопротивления.
Всего:
Кол-во
часов
4
4
4
4
5
5
5
5
36
5. Образовательные технологии
Для подготовки по дисциплине «Современные методы исследования
поверхности» используются следующие средства обучения при чтении лекции:
 мультимедиапроектор,
 компьютер.
При проведении лабораторно-практических занятий:
 установка УКИП,
 персональный компьютер,
 методические пособия.
7
Также студенты используют:
 литературу,
 ресурсы Интернет.
5.1 Интерактивные образовательные технологии, используемые в
аудиторных занятиях
Семестр
Вид
занят
(Л, ПР)
7
Используемые
интерактивные
образовательные технологии
Количество
часов
Л
Интерактивная доска
8
ПР
компьютер
2
Л
Презентации
2
Итого:
12
6 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и
промежуточной аттестации
Коллоквиум № 1
Классическая электронная теория Друде. Причины электрического сопротивления.
Электрическое сопротивление и электропроводность металлов. Температурная
зависимость электропроводности металлов, сплавов, полупроводников и диэлектриков.
Сверхпроводимость и сверхпроводниковые материалы. Пределы применимости
классической
теории
электропроводности.
Трудности
классической
теории
электропроводности.
Модель металла по Зоммерфельду. Основы квантовой теории электропроводности.
Зонная теория твердого тела. Распределение Ферми-Дирака. Концентрация и подвижность
электронов в металлах. Зонная теория твердого тела и электропроводность металлов ,
полупроводников и диэлектриков. Собственная и примесная проводимость
полупроводников. Сверхпроводимость с точки зрения квантовой теории металлов.
Коллоквиум № 2
Понятие пленки металлов и сплавов. Способы получения тонких пленок, их
параметры и характеристики. Классическая теория электропроводности тонких пленок
металлов, сплавов и полупроводников.
Теория классических размерных эффектов. Объемная проводимость. Тонкие
пленки. Тонкие проволоки. Параметры зеркальности. Анизотропия монокристалла.
Температурная зависимость электропроводности. Измерения на одном образце.
.
Коллоквиум № 3
Приготовление образцов. Эксперименты с тонкими проволоками. Температурная
зависимость.
Обсуждение
экспериментальных
результатов.
Механизмы
электропроводности тонких проволок и пленок
Квантовая теория размерного эффекта электропроводности. Эксперимент и
сравнение результатов теории с экспериментом. Современные подходы.
Газовые сенсоры. Устройство, принцип действия, основные параметры. Недостатки
современных газовых сенсоров. Пути их улучшения.
8
6.1. ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ
Классическая электронная теория Друде. Причины электрического сопротивления.
Электрическое сопротивление и электропроводность металлов. Температурная
зависимость электропроводности металлов, сплавов, полупроводников и диэлектриков.
Сверхпроводимость и сверхпроводниковые материалы. Пределы применимости
классической
теории
электропроводности.
Трудности
классической
теории
электропроводности.
Модель металла по Зоммерфельду. Основы квантовой теории электропроводности.
Зонная теория твердого тела. Распределение Ферми-Дирака. Концентрация и подвижность
электронов в металлах. Зонная теория твердого тела и электропроводность металлов ,
полупроводников и диэлектриков. Собственная и примесная проводимость
полупроводников. Сверхпроводимость с точки зрения квантовой теории металлов.
Понятие пленки металлов и сплавов. Способы получения тонких пленок, их
параметры и характеристики. Классическая теория электропроводности тонких пленок
металлов, сплавов и полупроводников.
Теория классических размерных эффектов. Объемная проводимость. Тонкие
пленки. Тонкие проволоки. Параметры зеркальности. Анизотропия монокристалла.
Температурная зависимость электропроводности. Измерения на одном образце.
Приготовление образцов. Эксперименты с тонкими проволоками. Температурная
зависимость.
Обсуждение
экспериментальных
результатов.
Механизмы
электропроводности тонких проволок и пленок
Квантовая теория размерного эффекта электропроводности. Эксперимент и
сравнение результатов теории с экспериментом. Современные подходы.
Газовые сенсоры. Устройство, принцип действия, основные параметры. Недостатки
современных газовых сенсоров. Пути их улучшения.
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
7.1. Основная литература:
1. Старовиков М.И. Введение в экспериментальную физику. ISBN: 978-5-81140862-7. 2008. 1-е изд. 240 c. http://www.lanbook.com
2. Сафаралиев Г.К. Твердые растворы на основе карбида кремния.-М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2011 г.-296 с. www/studentlibrary.ru.
3. Кузнецов В.М., Байков Ю.А. Физика конденсированного состояния:
учеб.пособие. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2011.
http://www.knigafund.ru/books/106038
7.2. Дополнительная литература:
1. Погосов В.В. Введение в физику зарядовых и размерных эффектов.
Поверхность, кластеры, низкоразмерные системы. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006.
- 328 с. www/studentlibrary.ru.
2. Белый А. В., Симонов А. В., Ших С. К. Применение ионного легирования для
повышения эксплуатационных характеристик деталей машин и
оборудования. Мн.: БелНИИТИ, 1985. – 44 с.
9
3. Технология тонких пленок: Справочник/Под ред. Майссела Л. и Глэнга Р./
Пер. с англ.; Под ред. Елинсона М. И., Смолко. Г. Г . – М.: Советское радио,
1977. –Т. 1. – 406 с.; Т. 2. – 353 с.
4. Технология вакуумной металлизации полимерных материалов/Липин Ю.В.,
Рогачев А.В., Сидорский С.С., Харитонов В.В. – Гомель, 1994. –206 с.
5. Научно-технический прогресс в машиностроении. Современные методы
упрочнения поверхностей деталей машин/Под редакцией Фролова К.В.- М.:
Институт машиноведения АН СССР, 1989.- 286 с.
6. Ройх И.Л., Калтунова Л. Н. Защитные вакуумные покрытия на стали. М.:
Машиностроение, 1971. – 280 с.
7. Кристаллизация тугоплавких металлов из газовой фазы/Иванов В. Е.,
Нечипоренко В. М., Сагалович В. В. –М.: Атомиздат, 1974. – 264 с.
8. Ясуда Х. Полимеризация в плазме. – М.: Мир, 1988. – 376 с.
9. Бердичевский М.Г., Марусин В.В. Нанесение покрытий. Травление и
модифицирование полимеров с использованием низкоэнтальпийной
неравновесной плазмы: Обзор/ Новосибирск: Ин-т теплофизики РАН, Сиб.
отд-ние, 1993. –107 с.
10. Красовский А.М., Толстопятов Е.М. Получение тонких пленок распылением
полимеров в вакууме/ Под ред. Белого В.А.- Мн.: Наука и техника, 1989. –
181 с.
11. Ткачук Б.В., Колотыркин В.М. Получение тонких полимерных пленок из
газовой фазы. – М.: Химия, 1987. – 158 с.
12. Брук М.А., Павлов С.А. Полимеризация на поверхности твердых тел. – М.:
Химия, 1990. – 130 с.
13. Камаров Ф. Ф. Ионная имплантация в металлы. М.: Наука и техника, 1980. –
164 с.
14. Белый А. В., Карпенко Г. Д., Мышкин Н. К. Структура и методы создания
износостойких поверхностных слоев. М.:Наука и техника, 1991.–175 с.
15. Белый А. В., Кукареко В.А., Лободаева О. В., Таран И. И., Ших С. К. Ионнолучевая обработка металлов, сплавов и керамических материалов. Мн.:
Наука и техника, 1997. –185 с.
16. Научно-технический прогресс в машиностроении. Современные методы
упрочнения поверхностей деталей машин/Под ред. Фролова К.В. –М.:
Институт машиноведения АН
7.3. Периодические издания
Журналы РАН: ЖТФ, ЖЭТФ, ПТЭ, Поверхность, Успехи ФН и т.д.
7.4 Интернет-ресурсы
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3885.html
http://femto.com.ua/articles/part_2/3429.html
http://lingvistu.com/hie/page/rentgenoelektronnaya_spektroskopiya.3867
http://jsc.niic.nsc.ru/SKSS/Manuals/Manual-1.pdf
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3885.html
Современные методы
http://www.y10k.ru/books/detail737930.html
http://www.sibsauktf.ru/courses/surface/
http://edu-reestr.rusnano.com/ProgramDocuments/
10
http://do.gendocs.ru/docs/index-120792.html
http://portal.tpu.ru/SHARED/s/SONAA/LearningActivity/Subjects/Methods/Nanomateri
alInvestigation.pdf
http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/493.html
http://solidbase.karelia.ru/edu/SURF/flash/ellips.html
Консультант студента – www.studentlibrary.ru
Книгафонд – www.knigafund.ru
Лань –e.lanbook.com
7.5. Методические указания к лабораторным занятиям - нет
7.6. Методические указания к практическим занятиям – Методические
разработки по дисциплине. Описания приборов и установок.
7.7. Программное обеспечение современных информационнокоммуникационных технологий - нет.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
1). Установка УКИП в которую входят приборы:
Наименование средств
измерений. Тип, марка,
зав. номер
Пределы
измерений
Генератор сигналов Г3-111
№ 17197, 1984 г.
КСП-4, 7164, 1984 г.
20Гц-20кГц
0-10В
10мВ-1В
Класс
точности.
Погрешность
измерений
±(0,02+1)Гц
Назначение
средств
измерений
1-200 о.е.
2
0.1-10-10Тор
2
Ист. син.
сигн.
Регистр.эл.на
пр.
Рег. спекра
мосс.
Изм. давл.
0.1мВ-1000В
1
Изм. напр.
7000 В
2
Блок пит.
ВИТ-2П, № 67774, 1980 г.
0.1-10 Тор
2
Изм. давл.
КСВУ-23, № 840101,
1984г.
В-27, № 0811979, 1980 г.
200-2000 нМ
2
Спектрометр
0.1мВ-1000В
1
Изм. напр.
2
УПИ1, № 554, 1984 г.
0,1-10В.20200кГц
1мкВ-10в
1
Изм. и набл.
сигн.
Изм.сигн
БП, № 043, 1982 г.
0.1мВ-15В
1
Изм. напр.
УИП
1-5000В
1
Ист. пит.
Стабилизатор – источник
питания, № 0397, 1980 г.
Микров-р, В6-9, № 6813,
1982 г.
БНВ 30-01, № 2236, 1991 г.
№ 2287, 1991 г.
№ 2234, 1991 г.
1-500В
1
Ист. пит.
1мкВ-10в
1
Изм.сигн
0-30
1
Упр.
ист.сигн.
Блок МХ7303, № 10-81,
1978 г.
ВИ-14, № 11010, 1977 г.
Вольтметр В7-40
№611590, 1985 г.
Блок БП 0.0025
ЭО С8-13, № 3535, 1985 г.
-7
2
Примеча
ние
11
№ 2259, 1991 г.
ВИТ-2П, № 74976, 1982 г.
0.1-10-7Тор
2
Изм. давл.
ЭО Я4-99, № 44934, 1982г.
0,1-10В.20200кГц
1-2000В
2
1
Изм. и набл.
сигн.
Ист. пит.
1-2500В
1
Ист. пит.
Выпр-ль стаб. №
1975 г.
Выпр-ль стаб. № 8861,
1970 г.
12
ЛИСТ
согласования рабочей программы
Направление подготовки: 011200.62 –Физика
код и наименование
Наименование магистерской программы: 0110200.62 - Физика конденсированного
состояния вещества
Дисциплина: Размерный эффект электропроводности тонких пленок
Форма обучения: очная
Учебный год _2013-2014 уч.г.
РЕКОМЕНДОВАНА заседанием кафедры Физики конденсированного состояния__
наименование кафедры
протокол N ________от "___" __________ 20__г.
Ответственный исполнитель, заведующий кафедрой
Физики конденсированного состояния _____________Х.Б.Хоконов________________
наименование кафедры
подпись
расшифровка подписи
дата
Исполнители:
_____________Проф. каф. ФКС___________________Калажоков Х.Х._______________
должность
подпись
расшифровка подписи
дата
_____________________________________________________________________________
должность
подпись
расшифровка подписи
дата
СОГЛАСОВАНО:
Заведующий кафедрой1 ТФ проф._______________________Хоконов М.Х._________
личная подпись
расшифровка подписи
дата
_________________наименование кафедры
Заведующий кафедрой ___________________________________________________
наименование кафедры
личная подпись
расшифровка подписи
дата
Председатель методической комиссии, научный руководитель по направлению
подготовки _______________________________________Апеков А.М._____________
код наименование
личная подпись
расшифровка подписи
дата
Научный руководитель магистерской программы
_________________________________________________________________________
личная подпись расшифровка подписи
дата
Заведующий отделом комплектования научной библиотеки
_______________________________________________Гериева____________________
личная подпись
расшифровка подписи
дата
Рабочая программа зарегистрирована в УМУ под учетным номером на правах
учебно-методического электронного издания.
Начальник УМУ_______________________________________Хуранов А.Б.________
личная подпись
расшифровка подписи
дата
Согласование осуществляется со всеми кафедрами, за которыми приказом закреплены дисциплины,
изучение которых опирается на данную дисциплину
1
13