Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://quantum.phys.msu.ru/sites/default/files/downloads/127/skaniruyushchaya-zondovaya-mikroskopiya-i-nanoelektronika.doc Дата изменения: Unknown Дата индексирования: Sat Apr 9 22:50:48 2016 Кодировка: koi8-r

Рабочая программа дисциплины

1. Сканирующая зондовая микроскопия и наноэлектроника.

2. Лекторы.

2.1. Доктор физико-математических наук, профессор, Панов Владимир
Иванович, кафедра квантовой электроники физического факультета МГУ,
panov@spmlab.phys.msu.ru, 939-22-36.

2.2. Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
Орешкин Андрей Иванович, кафедра квантовой электроники физического
факультета МГУ, oreshkin@spmlab.phys.msu.su, (495)939-25-02.

3. Аннотация дисциплины.
Курс направлен на обеспечение наиболее полного знакомства с основными
методами сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) и принципами работы
конкретных приборов, используемых в наноэлектронике. Существенное внимание
уделяется особенностям применения сканирующей туннельной микроскопии и
спектроскопии (СТМ\СТС), атомной силовой микроскопии (АСМ) и оптической
микроскопии ближнего поля (СОМБП) для нанодиагностики и исследования
процессов в наносистемах. Для СТМ рассматривается влияние локализованных
состояний и неравновесных туннельных эффектов на СТМ изображения и спектры
туннельной проводимости. В методе АСМ анализируются возможности применения
спектроскопии межатомных взаимодействий для определения физико-химических
свойств материалов. СОМБП рассмотрен как метод изучения оптических свойств
объектов с субволновым разрешением. Представлены методы использования СОМБП
для локального картирования поляризационных характеристик света и
распределения электромагнитного поля. В заключение рассматривается
возможность применения СЗМ для нанотехнологий.

4. Цели освоения дисциплины.
Получить основные представления о принципах работы различных типов
сканирующих зондовых микроскопов и их применению для целей нанодиагностики
и исследования систем пониженной размерности.

5. Задачи дисциплины.
1. Изучение принципов работы, положенных в основу методов сканирующей
зондовой микроскопии и спектроскопии;
2. Изучение процессов, протекающих в объектах нанометровой геометрии при их
взаимодействии с измерительной системой;
3. Изучение методик обработки результатов измерений, получаемых методами
сканирующей зондовой микроскопии.
4. Изучение методик использования зондовой микроскопии в нанотехнологиях;
6. Компетенции.
7.1. Компетенции, необходимые для освоения дисциплины.
ПК-1
7.2. Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины.
ПК-2

7. Требования к результатам освоения содержания дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен знать основные методы
сканирующей зондовой микроскопии и спектроскопии, используемые для
диагностики наноструктур и систем пониженной размерности; знать физические
принципы, лежащие в основе методов сканирующей зондовой микроскопии и
спектроскопии; знать методики обработки результатов измерений, получаемых
методами зондовой микроскопии; уметь применять полученные знания при
практической работе; иметь опыт решения задач по основным разделам курса.

8. Содержание и структура дисциплины.

|Вид работы |Семестр |Всего |
| | |7 | | |
|Общая трудоёмкость, акад. часов |. |72. |. |72. |
|Аудиторная работа: |. |36. |. |36 |
| Лекции, акад. часов |. |36 |. |36. |
| Семинары, акад. часов |. |. |. |. |
| Лабораторные работы, акад. часов |. |. |. |. |
|Самостоятельная работа, акад. часов |. |36. |. |.36 |
|Вид итогового контроля (зачёт, зачёт с |. |зачёт |. |. |
|оценкой, экзамен) | |с | | |
| | |оценко| | |
| | |й | | |

|N |Наименование|Трудоёмкость (академических часов) и содержание занятий |Форма |
|раз| |Распределение общей трудоёмкости по семестрам указано в рабочих планах (приложение 7) |текущег|
|- |раздела | |о |
|дел|Разделы | |контрол|
|а |могут | |я |
| |объединять | | |
| |несколько | | |
| |лекций | | |
| | |Аудиторная работа |Самостоятельная работа| |
| | | | | |
| | | |Содержание | |
| | | |самостоятельной работы| |
| | | |должно быть | |
| | | |обеспечено, например, | |
| | | |пособиями, | |
| | | |интернет-ресурсами, | |
| | | |домашними заданиями и | |
| | | |т.п. | |
| | |Лекции |Семинары |Лабораторные работы | | |
|1 |Введение |1. 2 часа. | | |2 часа. |Оп |
| | |Основные методы | | |Работа с лекционным | |
| | |исследования и | | |материалом. | |
| | |диагностики | | | | |
| | |наносистем. История | | | | |
| | |создания методов | | | | |
| | |сканирующей зондовой | | | | |
| | |микроскопии. | | | | |
| | |2. 2 часа | | |2 часа. |Оп |
| | |Разрешающая | | |Работа с лекционным | |
| | |способность в | | |материалом. | |
| | |микроскопии. | | | | |
| | |Оптические и | | | | |
| | |нелинейно-оптические | | | | |
| | |методы исследования и | | | | |
| | |диагностики | | | | |
| | |наносистем. | | | | |
| | |Нанодиагностика и | | | | |
| | |локальный анализ с | | | | |
| | |помощью электронных и | | | | |
| | |ионных пучков. | | | | |
|2 |Электронная |2 часа. | | |2 часа. |Оп |
| |и ионная |Просвечивающая | | |Работа с лекционным | |
| |микроскопия |электронная | | |материалом. | |
| | |микроскопия (ПЭМ). | | | | |
| | |Электронография. | | | | |
| | |2 часа | | |2 часа. |КР |
| | |Сканирующая | | |Работа с лекционным | |
| | |электронная | | |материалом. Решение | |
| | |микроскопия (СЭМ). | | |задач по теме. | |
| | |Использование | | | | |
| | |электронных пучков для| | | | |
| | |микроанализа. | | | | |
| | |Неразрушающая | | | | |
| | |подповерхностная микро| | | | |
| | |и нанотомография в | | | | |
| | |отраженных электронах.| | | | |
| | |2 часа | | |2 часа. |Оп |
| | |Устройство и схемы | | |Работа с лекционным | |
| | |работы основных видов | | |материалом. Решение | |
| | |датчиков, применяемых | | |задач по теме. | |
| | |в сканирующей | | | | |
| | |микроскпии ближнего | | | | |
| | |поля для контроля | | | | |
| | |расстояния между | | | | |
| | |зондом и образцом. | | | | |
| | |Преимущества и | | | | |
| | |недостатки таких | | | | |
| | |датчиков. | | | | |
| | |2 часа | | |2 часа. |КР |
| | |Устройство и схема | | |Работа с лекционным | |
| | |работы апертурного | | |материалом. Решение | |
| | |микроскопа ближнего | | |задач по теме. | |
| | |оптического поля на | | | | |
| | |примере | | | | |
| | |люминесцентного | | | | |
| | |микроскопа, | | | | |
| | |работающего на | | | | |
| | |просвет. | | | | |
| | |Поляризационный | | | | |
| | |микроскоп ближнего | | | | |
| | |оптического поля. | | | | |
| | |Особенности применения| | | | |
| | |СЗМ для | | | | |
| | |нанотехнологий. | | | | |

Семинары и лабораторные работы указываются только при их наличии в учебном
плане (приложение 6). Остальные позиции заполняются в обязательном порядке.

Предусмотрены следующие формы текущего контроля успеваемости.

|1. Защита лабораторной |4. Реферат |7. Рубежный контроль|10. Контрольная |15. Рейтинговая |
|работы (ЛР); |(Р); |(РК); |работа (КР); |система (РС); |
|2. Расчетно-графическое |5. Эссе (Э); |8. Тестирование (Т);|11. Деловая игра |16. Обсуждение (Об). |
|задание (РГЗ); |6. Коллоквиум | |(ДИ); | |
|3. Домашнее задание (ДЗ); |(К); |9. Проект (П); |12. Опрос (Оп); | |

9. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
1. Обязательная.
2. Вариативная часть, профессиональный блок, дисциплина профиля.
3. Является основой для чтения дисциплин кафедры квантовой электроники.
Необходимо знание математического анализа, общей физики, квантовой
теории.
1. Математический анализ, дифференциальные уравнения, общая физика,
квантовая теория.
2. Теоретические основы квантовой радиофизики, взаимодействие излучения
с веществом.

10. Образовательные технологии
. включение студентов в проектную деятельность,
. дискуссии,
. применение компьютерных симуляторов,
. использование средств дистанционного сопровождения учебного процесса,

11. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной
аттестации. Примеры

Примеры контрольных вопросов:
1. Принцип работы сканирующих зондовых микроскопов (СТМ, АСМ, СОМБП)
2. Влияние тепловых и квантовых флуктуаций зонда на разрешение СЗМ.
Влияние ЭМ полей на устойчивость зондов. Конструкции зондов.
3. Простейшая теория туннелирования. Резонансное туннелирование. Влияние
сил изображения.
4. Особенности туннельных процессов в микроконтактах. Принцип работы
СТМ. Пространственное разрешение СТМ. Туннельная спектроскопия в СТМ.
5. Схематическое устройство СТМ. Режимы работы СТМ.
6. СТМ и СТС чистых поверхностей полупроводников. Примеры применения СТМ
и СТС для изучения реконструкции поверхности. Атомная и электронная
структура поверхности Si (111) 7x7.
7. СТМ и СТС чистых поверхностей полупроводников. Примеры применения СТМ
и СТС для изучения релаксации поверхности. Атомная и электронная структура
поверхности GaAs (110).
8. Возможность изучения поверхностных химических реакций методами СТМ и
СТС. Реакция Si (111) 7x7 + NH3.
9. Влияние локализованных состояний на процессы туннелирования. Формулы
для туннельного тока и туннельной проводимости через локализованные
состояния.
10. Туннельные процессы в низкоразмерных системах. Радиус локализации и
энергия ЛС низкоразмерных систем.
11. Неравновесные туннельные процессы. Влияние неравновесных процессов на
СТМ и СТС измерения.
12. СТМ и СТС диагностика примесных состояний. Идентификация
изолированных примесей в полупроводниках.
13. Туннельная спектроскопия полупроводников. Зарядовые эффекты.
Осцилляции зарядовой плотности Фриделя
14. Формулы для вычисления силового взаимодействия между острием и
плоскостью в АСМ. Влияние параметров острия АСМ на пространственное
разрешение.
15. Спектроскопия межатомных взаимодействий в АСМ. Методика вычисления
разрешения АСМ.
16. Основные методы обработки изображений в атомно-силовой микроскопии.
Деконволюция и экспериментальное определение формы острия зонда.
17. Основные трудности, возникающие при определении характеристик
объектов, исследуемых методом АСМ. Влияние неопределенности параметров
острия АСМ на измеряемые параметры.
18. Контактные методики СЗМ.
19. Колебательные методики СЗМ.
20. Двухпроходные методики СЗМ.
21. Ядерный магнитный и электронный парамагнитный резонансы в силовой
микроскопии.
22. Магнитно - резонансная силовой микроскоп. Особенности работы прибора.
23. Разрешение оптических микроскопов. Критерии разрешения Рэлея и
Спэрроу. Функция рассеяния точки. Параметры, определяющие оптическое
разрешение микроскопа.
24. Основной принцип получения оптического сверхразрешения. Различие
между обнаружением нанообъекта и разрешением нанообъектов в оптической
микроскопии.
25. Принцип действия апертурного оптического микроскопа ближнего поля.
Особенности прохождения излучения через субдлинноволновую апертуру в
металлическом экране и локализации электромагнитного поля вблизи такой
апертуры.
26. Устройство и схема работы апертурного микроскопа ближнего оптического
поля на примере люминесцентного микроскопа, работающего на просвет.

12. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Основная литература
1. В.Л. Миронов - «Основы сканирующей зондовой микроскопии», Нижний
Новгород, 2004, 110с.
2. Р.З. Бахтизин, Р.Р. Галлямов - «Физические основы сканирующей зондовой
микроскопии», Уфа, РИО БашГУ, 2003, 82с.
3. С.А. Рыков - «Сканирующая зондовая микроскопия полупроводниковых
материалов и наноструктур», СПБ, Наука, 2001, 53с.
4. К. Окура, В.Г. Лифшиц, А.А. Саранин, А.В. Зотов, М. Катаяма - «Введение
в физику порерхности», Наука, 2006, 490с.
5. Н.С. Маслова, В.И. Панов - «Сканирующая туннельная микроскопия атомной
структуры, электронных свойств и поверхностных химических реакций», УФН,
157, 185 (1989).
Интернет-ресурс: www.ntmdt.ru; www.nanoscopy.org

ДОПОЛНИТЕЛЬНО:
1. Туннельные явления в твердых телах. Изд. «Мир». М. 1973.

13. Материально-техническое обеспечение
Компьютер и проектор для демонстрации слайдов.