| Б1.В.ДВ.2.1 Материалы активных диэлектриков | ||||||
| (индекс и наименование дисциплины (модуля) в соответствии с учебным планом подготовки бакалавров) | ||||||
| Направление подготовки | 11.04.04 - Электроника и наноэлектроника | |||||
| (код и наименование) | ||||||
| Профиль | Технологии и устройства микро- и наноэлектроники | |||||
| (код и наименование) | ||||||
| Институт | Физико-технологический институт (ФТИ) | |||||
| (краткое и полное наименование) | ||||||
| Форма обучения | очная | |||||
| (очная, очно-заочная, заочная) | ||||||
| Программа подготовки | академический | |||||
| (академический, прикладной бакалавриат) | ||||||
| Кафедра | наноэлектроники | |||||
| (краткое и полное наименование кафедры, разработавшей РП дисциплины (модуля) и реализующей ее (его)) | ||||||
Москва 2016
| Рабочая программа дисциплины (модуля)разработана | д.т.н., доцент, Буш А.А. |
| (степень, звание, Фамилия И.О. разработчиков) |
| Рабочая программа дисциплины (модуля) рассмотрена и принята | |
| на заседании кафедры | наноэлектроники |
| (название кафедры) |
Протокол заседания кафедры от «___» ________ 20 ___ г. № ___
| Заведующий кафедрой | А.С. Сигов | |
| (подпись) | (И.О. Фамилия) |
(При наличии методического (учебно-методического) совета института)
СОГЛАСОВАНО:
| Протокол заседания (Учебно-)методического совета Института | |
| (наименование института по принадлежности направления) |
от «___» ________ 20 ___ г. № ___
| Председатель (Учебно-)методического совета института | ||
| (подпись) | (И.О. Фамилия) |
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Материалы активных диэлектриков» являются формирование у обучающихся общепрофессиональной (ОПК-1) компетенции в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника » (квалификация (степень) «магистр») с учетом специфики профиля подготовки – «Технологии перспективной элементной базы микро- и наноэлектроники».
2. Место дисциплины в структуре программы магистратуры
Дисциплина «Материалы активных диэлектриков» является дисциплиной по выбору вариативной части блока «Дисциплины» учебного плана направления подготовки магистров 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника» с профилем подготовки «Технологии и устройства микро- и наноэлектроники». Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц (216 акад. час.).
В процессе освоения дисциплины «Материалы активных диэлектриков » начинается формирование компетенции ОПК-1.
Освоение дисциплины «Материалы активных диэлектриков» является необходимым для изучения последующих дисциплин в рамках дальнейшего формирования и развития следующих компетенций:
ОПК-1 (способность понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать методы и средства их решения):
- методы математического моделирования (1 сем.);
- методы математического моделирования (2 сем.);
- физика диэлектриков (1 сем.);
- физика полупроводников (1 сем.);
- физика полупроводников (2 сем.);
- технология микро- и наноэлектроники (2 сем.);
- твердотельная электроника (2 сем.);
- перспективные технологические процессы микро- и наноэлектроники (2 сем.);
- плазмохимические методы формирования структур микро- и наноэлектроники (2 сем.).
3. Планируемые результаты обучения по дисциплине, соотнесенные с планируемыми результатами освоения программы магистратуры (компетенциями выпускников)
| Формируемые компетенции (код и название компетенции, уровень освоения) | Планируемые результаты обучения по дисциплине, характеризующие этапы формирования компетенций |
| ОПК-1 способностью понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать методы и средства их решения. | Знатьместо физической химии в современной научной картине мира и ее фундаментальную роль в описании микро- и макроскопических свойств вещества; знать различные методы физико- химических исследований. Уметьпроводить типичные оценки физико-химических величин, позволяющие выбирать классическую или квантовую модель рассматриваемого явления; уметьвоспринимать, обобщать и анализировать физико-химическую информацию; применять методы для обработки результатов; применять полученные знания на практике. Владетьнавыками качественного анализа проявлений термодинамических и квантовых принципов и законов в физико-химических явлениях; владетьспособностью к постановке целей и выбору путей их достижения. |
4. Содержание дисциплины
Общий объем дисциплины (модуля) составляет 6 зачетных единиц (216 акад. час.).
4.1. Распределение объема дисциплины по разделам (темам), семестрам, видам учебной работы и формам контроля:
| № раздела (темы) | Семестр | Неделя семестра | Объем 216 (в акад. час.) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Формы промежуточной аттестации (по семестрам) | ||||||
| Всего | Контактная работа (по видам учебных занятий) | СР | контроль | |||||||
| Всего | ЛК | ЛБ | ПР | |||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседо- вание | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседование, | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседование, | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| Устное собеседование | ||||||||||
| По материалам 3-го семестра | Зачет Экзамен | |||||||||
| Всего | ||||||||||
4.2. Наименование и содержание тем (разделов) дисциплины
| № раздела | Наименование раздела | Содержание раздела |
| 1. | Активные диэлектрики, особенности их структуры и свойств. | Общая характеристика кристаллических диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь, основные механизмы диэлектрической поляризации. Основные особенности физических свойств диэлектриков - электрических, оптических, механических, тепловых, магнитных. Пассивные и активные диэлектрики. Активные диэлектрики как диэлектрики способные генерировать, преобразовывать или усиливать электрические, оптические, механические и другие сигналы. Уровни структуры диэлектрических материалов (макроструктура, микроструктура, атомно-кристаллическая структура). Типы материалов активных диэлектриков: монокристаллы, керамика стеклокерамика, ситаллы, композиты, полимеры, пленки. Особенности структуры и свойств активных диэлектриков. Роль и место активных диэлектриков в современной электронике. |
| 2. | Сегнетоэлектрики и сегнетоэластики – основные свойства и применения в технике. 1. Ферроидные кристаллы. | Ферроидные кристаллы. Первичные и вторичные ферроики. Сегнетоэлектрики, антисегнетоэлектрики, сегнетоэластики, характерные свойства их основных типов. Сегнетоэлектрики типа смещения и типа порядок-беспорядок; собственные и несобственные сегнетоэлектрики; слабые сегнетоэлектрики; виртуальные сегнетоэлектрики, сегнетомагнетики, параэлектрики. Сегнетоэлектрические и сегнетоэластические фазовые переходы. Точка Кюри. Прототипная структура. Полисинтетическое двойникование сегнетоэлектриков и сегнетоэластиков. |
| 3. | Сегнетоэлектрики и сегнетоэластики – основные свойства и применения в технике. 2. Структура и свойства важнейших сегнетоэлектриков. | Данные о структуре и свойствах важнейших сегнето- и антисегнетоэлектрических кристаллов MTiO3, M=Ba, Pb, Sr, PbZrO3, KNbO3, LiBO3, B=Nb, Ta. Кристаллы семейств TGS, KDP. Сегнетоэлектрики со слоистой перовскитной структурой. Сегнетоэлектрические твердые растворы. |
| 4. | Сегнетоэлектрики и сегнетоэластики – основные свойства и применения в технике. 3. Сегнетоэлектрики-релаксоры. | Особенности структуры и свойств сегнетоэлектриков-релаксоров (СЭ-Р). Открытие СЭ-Р среди твердых растворов сложных оксидов со структурой перовскита. Особенности структуры и свойств классического СЭ-Р PMN – PbMg1/3Nb2/3O3. Превращения в СЭ-Р при понижении температуры: параэлектрическое состояние, температура Бурнса, полярные нанодомены, эргодичное и неэргодичное релаксорные состояния, зависящая от частоты температура максимума диэлектрической постоянной, состояние дипольного стекла, температура Фогеля-Вулшера. Индуцированое электрическим полем СЭ состояние в СЭ-Р. СЭ-Р твердые растворы с гетеро- и изовалентными замещениями. Применения СЭ-Р. Гигантская электрострикция в СЭ-Р. СЭ-Р – компоненты перспективных пьезоэлектрических систем. |
| 5. | Сегнетоэлектрики и сегнетоэластики – основные свойства и применения в технике. 4. Применение сегнетоэлектриков. | Сегнетоэлектрические материалы для устройств, основанных на эффекте переключения. Сегнетоэлектрические запоминающие устройства. Сегнетоэлектрические и родственные материалы, использование которых основано на их особых диэлектрических свойствах. Сегнетоэлектрические материалы для конденсаторов. Нелинейные диэлектрики и их применения. Вариконды. Позисторный эффект. Позисторы. |
| 6. | Пироэлектрики и их применения. 1. Пироэлектрический эффект, методы его изучения, параметры, характеризующие пироматериалы. | Пироэлектрический эффект. Статический, квазистатический и динамический методы измерения пироэлектрического эффекта. Параметры, характеризующие пироматериалы – пироэлектрическая постоянная, пироэлектрические добротности, эквивалентная мощность шумов, обнаружительная способность. |
| 7. | Пироэлектрики и их применения. 2. Пироэлектрические материалы, их применения. | Важнейшие пироэлектрические матери алы, их сравнительные характеристики. Особенности пироэлектриков- сегнетоэлектриков и линейных пироэлектриков. Электрокалорические явления. Области применения пироэлектрических материалов. |
| 8. | Электретные материалы. | Открытие Егучи электретного эффекта в карнаубском воске. Типы и получение электретов, физические свойства и классификация. Термоэлектреты, фотоэлектреты, элекроэлекрты, радиоэлектреты. Релаксация заряда и время жизни электретов. Электреты из: из карнаубского воска, канифоли, пчелиного воска, парафина и их смесей, полимеров и полимерных пленок, керамических диэлектриков, стекол и ситаллов, легкоплавких органических диэлектриков, монокристаллических диэлектриков. Сегнетоэлектреты. Методы изучения электретов. Физическая природа электретного эффекта. Технические применения электретов. |
| 9. | Магнитоэлектрический эффект. Магнитоэлектрики. | Линейный и квадратичный магнитоэлектрический эффект. Коэффициент магнитоэлектрической связи. Однофазные и композитные магнитоэлектрические материалы. Магнитоэлектрический эффект в магнитно индуцированных сегнетоэлектриках (несобственных мультиферроиках). Применения магнитоэлекиков. |
| 10. | Пьезоэлектрики и их применения в электронной технике. 1. Пьезоэлектрический эффекет, его характеристики, пьезоматериалы. | Природа пьезоэлектрического эффекта, основные уравнения пьезоффекта и электрострикции. Пьезомодули, коэффициент электромеханической связи. Области использования пьезоматериалов, основные требования к ним. Наиболее важные пьезоэлектрические материалы различного назначения и их характеристики. |
| 11. | Пьезоэлектрики и их применения в электронной технике. 2. Применения пьезоэлектриков. | Пьезоэлектрические монокристаллы, пьезокерамика, пьезоэлектрические стеклокерамика и полимеры. Пьезокварц. Пьезокерамика ЦТС. Электрострикция. Электрострикционные материалы. |
| 12. | Пьезоэлектрики и их применения в электронной технике. 3. Пьезокерамика. | Системы перспективных пьезокерамических твердых растворов. Электрострикция. Электрострикционные материалы. |
| 13. | Электрооптические эффекты и материалы. | Линейный (Поккельса) и квадратичный (Керра) электрооптические эффекты. Тензоры электрооптических коэффициентов. Критерии качества электрооптических материалов, управляющее “полуволновое” напряжение. Важнейшие известные электрооптические материалы. Объемные электрооптические модуляторы, затворы, дефлекторы. |
| 14. | Акустооптическтие эффекты и материалы. | Упругооптический и пьезооптический эффекты, тензоры соответствующих коэффициентов. Акустооптические эффекты. Режимы дифракции Рамана-Ната и Брэгга. Критерии качества акустооптических материалов. Важнейшие разработанные акустооптические материалы. Основные типы акустооптических устройств – модуляторы, дефлекторы, фильтры, устройства сдвига частоты. |
| 15. | Нелинейные оптические эффекты и материалы. | Нелинейно-оптические кристаллы. Тензор квадратичной нелинейности среды. Нелинейно-оптические эффекты - генерация второй гармоники лазерного излучения, генерация суммарных и разностных частот, параметрическая генерация. Условия пространственно-фазового синхронизма. Нелинейно-оптические свойства кристаллов, используемых для преобразования частоты в лазерных устройствах. |
| 16. | Диэлектрические среды для генерации когерентного излучения. | Оптически активные твердотельные рабочие среды, используемые в лазерах. Требования, предъявляемые к лазерной матрице. Используемые лазерные материалы, их основные характеристики. |
| 17. | Жидкие кристаллы. | Общие сведения о жидких кристаллах. Жидкие кристаллы как новое агрегатное состояние вещества. Специфичные свойства жидких кристаллов. Классификация жидких кристаллов по типу строения и упорядочения молекул (нематические, смектические, холестерические, дискотики). Особенности механических, электрических, оптических и других свойств жидких кристаллов. Электрооптические эффекты в жидких кристаллах. Сегнетоэлектрические жидкие кристаллы. Технические применения жидких кристаллов. |
| 18. | Перспективы применения активных диэлектриков в электронике. | Тенденции развития технологии активных диэлектриков - возрастание полифункциональности, повышение степени унификации, микроминиатюризация, повышение степени надежности и наработки на отказ, поиск новых активных диэлектриков с улучшенными характеристиками и т.д. Направления разработок новых материалов и совершенствования существующих. |