ПУД Технология материалов электронной техники 2013

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский университет
«Высшая школа экономики»
Московский институт электроники и математики Национального
исследовательского университета "Высшая школа экономики"
Факультет электроники и телекоммуникаций
Программа дисциплины
«Технология материалов электронной техники»
для направления 210104.65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника»
подготовки специалиста
Автор программы: Костин К.А., к.ф.-м.н., доцент, kkostin@hse.ru
Одобрена на заседании кафедры «Микросистемная техника, материаловедение и
технологии» «___»____________ 2013 г
Зав. кафедрой В.П. Кулагин
Рекомендована секцией УМС Нанотехнологии и микросистемная техника
«___»____2013 г
Председатель [Введите И.О. Фамилия]
Утверждена УС факультета Электроники и телекоммуникаций «___»_______2013 г.
Ученый секретарь ________________________
Москва, 2013
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями
университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика
программы.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Технология материалов электронной техники» для направления
210104.65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» подготовки специалиста
Область применения и нормативные ссылки
Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные
требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды
учебных занятий и отчетности.
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину,
учебных ассистентов и студентов направления 210104.65 «Микроэлектроника и
твердотельная электроника» подготовки специалиста.
Программа разработана в соответствии с:
 ГОС ВПО для направления подготовки 210104.65 «Микроэлектроника и
твердотельная электроника»;
 Образовательной программой для направления подготовки 210104.65
«Микроэлектроника и твердотельная электроника»;
 Рабочим учебным планом университета по направлению подготовки
210104.65
«Микроэлектроника
и
твердотельная
электроника»,
утвержденным в 2013 г.
Цели освоения дисциплины
Цель освоения - овладения научными основами технологии материалов
электронной техники.
Требования к результатам освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен:
знать: общие характеристики основных процессов технологии материалов
электронной техники; физико-химические основы процессов затвердевания;
технологии получения монокристаллических материалов, некристаллических
материалов, керамических и стеклокерамических материалов;
2
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Технология материалов электронной техники» для направления
210104.65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» подготовки специалиста
уметь: производить расчеты пограничных слоев; прогнозировать влияние
различных факторов на равновесие в химических реакциях
владеть: физико-химическими основами процессов переработки сырьевых
материалов;
методами
управления
химико-технологическими
системами
и
методами регулирования химико-технологических процессов.
Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина является обязательной и входит в федеральную компоненту
цикла специальных дисциплин программы «Микроэлектроника и твердотельная
электроника». Знания, умения и компетенции студента, необходимые для изучения
данной дисциплины формируются при изучении дисциплин: Физика, Математика,
Химия, Материалы и элементы электронной техники.
Тематический план учебной дисциплины
№
Название темы
Всего часов Аудиторные часы Самостояпо
тельная
дисциплине
работа
Лекции Практич.
занятия
6
2
4
1 Общая характеристика основных
процессов технологии материалов
электронной техники
28
6
12
10
2 Физико-химические
основы
процессов переработки сырьевых
материалов
22
4
8
10
3 Физико-химические
основы
процессов затвердевания
4 Технология
монокристаллов
получения
16
4
2
10
5 Физико-химические
основы
процессов
легирования
монокристаллов
24
4
12
8
3
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Технология материалов электронной техники» для направления
210104.65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» подготовки специалиста
6 Технология
материалов
некристаллических
14
4
10
и
28
8
20
и
организация
технологических
процессов;
эксплуатация
и
сервисное
обслуживание
технологического оборудования
Итого
4
2
2
142
34
7 Технология
керамических
стеклокристаллических
8 материалов
Аппаратурное
оформление
34
74
Формы контроля знаний студентов
Тип
контроля
Текущий
Промежуточ
ный
Итоговый
Форма
контроля
контроль
активности на
лекциях и
практических
занятиях
домашнее
задание,
контрольная
работа
экзамен
Семестр
Параметры
7
ответы на вопросы, решение задач,
участие в дискуссиях
до 20 стр., шрифт Times New Roman, 1,5
интервала,
ответы на вопросы тестового задания
7
ответ в устной форме на вопросы
экзаменационного билета
7
Порядок формирования оценок по дисциплине:
текущий контроль предусматривает учет активности студентов в ходе
проведения лекций и практических занятий;
промежуточный контроль предусматривает написание одного реферата,
выполнения домашнего задания, ответы на вопросы по изученному материалу на
коллоквиуме;
итоговый контроль проводится в форме устного экзамена (20 минут на
подготовку и 10 минут на ответ).
4
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Технология материалов электронной техники» для направления
210104.65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» подготовки специалиста
Итоговая оценка формируется как взвешенная сумма оценки, накопленной в
течение курса, и оценки за экзамен.
Накопленная оценка (НО) (максимум 10 баллов) включает оценку за работу
на лекциях и практических занятиях (Олпр), подготовку домашнего задания (Одз),
написание реферата (Ореф) и формируется по следующему правилу:
НО=0,3Олпр+0,2Одз+0,5Ореф
Итоговый экзамен (ИЭ) (максимум 10 баллов): в устной форме
Итоговая оценка (ИО) (максимум 10 баллов) по курсу определяется с учетом
накопленной оценки (с весом 0,7) и оценки за экзамен в конце курса (с весом 0,3)
по следующей формуле:
ИО=0,7*НО + 0,3*ИЭ
Экзамен является обязательным, независимо от накопленной за учебный год
оценки. Студент, не явившийся на экзамен без уважительной причины, или
ответивший на вопросы экзаменационного билета на неудовлетворительную
оценку (от 1 до 3 баллов), получает неудовлетворительную оценку за курс в целом.
Пересдача по курсу (П) (первая, вторая) представляет собой письменную
работу, за которую выставляется оценка (максимум 10 баллов).
Итоговая оценка по курсу после пересдачи (ИОП) (первой, второй) определяется с
учетом накопленной оценки (с весом 0,6) и оценки за пересдачу (с весом 0,4) по
следующей формуле:
ИОП=0,6*НО + 0,4*П
Все округления производятся в соответствии с общими математическими
правилами.
Оценки за курс определяются по пятибалльной и десятибалльной шкале.
Количество
набранных
баллов
9,5-10
8,5-9,4
7,5-8,4
6,5-7,4
5,5-6,4
4,5-5,4
3,5-4,4
2,5-3,4
1,5-2,4
0–1,4
Оценка по
десятибалльной
шкале
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
5
Оценка по
пятибалльной шкале
отлично
отлично
отлично
хорошо
хорошо
удовлетворительно
удовлетворительно
неудовлетворительно
неудовлетворительно
неудовлетворительно
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Технология материалов электронной техники» для направления
210104.65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» подготовки специалиста
Критерии оценки знаний, навыков
Активность на практических занятиях оценивается по следующим
критериям:

Ответы на вопросы, предлагаемые преподавателем;

Решение задач у доски;

Участие в дискуссии по предложенной тематике.
Домашнее задание: требования к домашнему заданию изложены в
отдельном разделе программы (см. ниже). Домашнее задание оценивается по
следующим критериям:

полнота раскрытия темы;

аргументация, четкость и понятность выводов;

аккуратность в оформлении работы, стиль изложения.
Экзамен проводится в конце курса в присутствии преподавателя.
Экзаменационный билет содержит два вопроса с учетом материала, пройденного
на лекционных и на практических занятиях. Ответ на предложенный вопрос
излагается в устной форме. Использование каких-либо текстов, калькуляторов,
телефонов и др. средств связи во время экзамена запрещается. Время, отводимое на
экзамен – 20 минут на подготовку и 10 минут на ответ.
Структура и содержание дисциплины
Раздел 1. Общая характеристика основных процессов технологии материалов
электронной техники (6 часов)
Раздел 2. Физико-химические основы процессов переработки сырьевых
материалов (28 часов)
6
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Технология материалов электронной техники» для направления
210104.65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» подготовки специалиста
Раздел 3. Физико-химические основы процессов затвердевания (22 часа)
Раздел 4. Технология получения монокристаллов (16 часов)
Раздел
5.
Физико-химические
основы
процессов
легирования
монокристаллов (24 часа)
Раздел 6. Технология некристаллических материалов (14 часов)
Раздел 7. Технология керамических и стеклокристаллических материалов (28
часов)
Раздел 8. Аппаратурное оформление и организация технологических
процессов;
эксплуатация
и
сервисное
обслуживание
технологического
оборудования (4 часа)
Лабораторный практикум.
№№
п/п
1.
2.
3.
4.
№
раздела Наименование лабораторных работ
дисциплины
4
Исследование поверхности твёрдого тела методом атомносиловой микроскопии.
5
Изучение топографии поверхности проводниковых
материалов
методом
сканирующей
туннельной
микроскопии.
6
Исследование
поверхности
функциональных
наоматериалов для космоса методом атомно-силовой
микроскопии.
7
Изучение топографии поверхности функциональных
наноматериалов для космоса методом сканирующей
туннельной микроскопии.
Рекомендуемая литература
Основная:
1.
Таиров Ю.М., Цветков В.Ф. Технология полупроводниковых и
диэлектрических материалов. Спб: Издательство «Лань». 2002. - 424 с.
Дополнительная:
1.
Случинская
И.А..
Основы
полупроводников. М.: Мир. 2002. – 376 с.
7
материаловедения
и
технологии
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Технология материалов электронной техники» для направления
210104.65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» подготовки специалиста
2. Нашельский А.Я. Производство полупроводниковых материалов. М.:
Металлургия. 1989. – 272 с.
Оценочные средства для контроля и аттестации студента: домашнее задание
Требования к домашнему заданию:
Домашнее задание выполняется в форме реферата. Объем – до 20 страниц
текста плюс приложения (таблицы, графики, фотографии), выполненных 12 кеглем
с интервалом 1,5. Срок сдачи домашнего задания – не позднее 15 ноября.
Домашнее задание должно содержать разделы: титульный лист, введение,
основную часть, в которой производится анализ темы и делаются выводы,
заключение, использованные источники информации (не менее 5-7), содержание.
Примерные темы домашнего задания:
1. Силикатные стёкла. Технология получения. Свойства. Марки. Применение.
2. Керамические материалы. Технология получения. Свойства. Марки.
Применение.
3. Монокристаллический кремний. Технология получения. Свойства. Марки.
Применение.
4. Монокристаллический германий. Технология получения. Свойства. Марки.
Применение.
5. Поликристаллический кремний. Технология получения. Свойства. Марки.
Применение.
6. Карбид кремния. Технология получения. Свойства. Марки. Применение.
7. Полупроводниковые соединения АIIIBV. Технология получения. Свойства.
Марки. Применение.
8. Ситаллы. Технология получения. Свойства. Марки. Применение.
9. Пьезоэлектрики. Технология получения. Свойства. Марки. Применение.
10. Пироэлектрики. Технология получения. Свойства. Марки. Применение.
8
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Технология материалов электронной техники» для направления
210104.65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» подготовки специалиста
Оценочные средства контроля и аттестации студента: контрольная
работа
Контрольная работа выполняется в письменном виде, в форме теста.
Сроки проведения: 01 ноября – 15 ноября. Время проведения – 20 минут.
Примерные вопросы, выносимые на контрольную работу:
1. Технологический процесс. Основные понятия.
2.
Моделирование
технологический
технологических
эксперимент.
процессов.
Вычислительный
Автоматизированное
проектирование
технологического процесса.
3. Процессы массопередачи.
4. Процессы теплопередачи. Процессы тепло- и массопередачи с участием
фазовых переходов.
5. Динамический, диффузионный и тепловой пограничные слои в процессах
конвективного тепло- и массообмена.
6.
Естественно-конвективные
процессы.
Тепловая
конвекция.
Концентрационная конвекция.
7. Естественно-конвективные процессы. Термокапиллярная конвекция.
Термоаккустическая конвекция. Особенности тепло- и массопередачи в условиях
невесомости.
8. Химические процессы.
9.
Активное
состояние
твердофазных
реагентов
и
продуктов.
Технологическое горение. Метастабильные состояния.
10.
Процессы
измельчения
и
рассеивания
твёрдых
тел.
Общая
характеристика чистоты вещества.
11. Общая характеристика процессов разделения и очистки. Сорбционные
процессы. Силикагель. Активированные угли. Ионный обмен. Хроматография.
12. Процессы жидкостной экстракции. Кристаллизационные процессы.
Процессы перегонки через газовую фазу.
9
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Технология материалов электронной техники» для направления
210104.65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» подготовки специалиста
13. Очистка электролизом. Анодное растворение. Электродиализ. Разделение
и очистка в центробежном поле.
Оценочные средства контроля и аттестации студента:
вопросы для оценки качества освоения дисциплины
1. Строение и свойства стекла. Классификация стёкол.
2. Получение силикатных стёкол. Сырьё.
3. Варка стекла. Силикатообразование. Стеклообразование.
4. Варка стекла. Осветление. Выработка изделий.
5. Отжиг и закалка изделий из стекла. Получение ситаллов.
6. Строение и состав керамических материалов. Фазы. Сырьё.
7. Составление шихты и смешивание исходных компонентов керамических
материалов. Гранулирование шихты.
8. Закономерности процесса формования заготовок керамических изделий.
Смазки. Связки.
9. Холодное прессование в пресс-формах.
10. Горячее литьё. Литьё в кокиль. Сливное литьё. Центробежное литьё.
Непрерывное литьё. Литьё под давлением.
15. Технологический процесс. Основные понятия.
16.
Моделирование
технологический
технологических
эксперимент.
процессов.
Автоматизированное
Вычислительный
проектирование
технологического процесса.
17. Процессы массопередачи.
18. Процессы теплопередачи. Процессы тепло- и массопередачи с участием
фазовых переходов.
19. Динамический, диффузионный и тепловой пограничные слои в
процессах конвективного тепло- и массообмена.
20.
Естественно-конвективные
Концентрационная конвекция.
10
процессы.
Тепловая
конвекция.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Технология материалов электронной техники» для направления
210104.65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» подготовки специалиста
21. Естественно-конвективные процессы. Термокапиллярная конвекция.
Термоаккустическая конвекция. Особенности тепло- и массопередачи в условиях
невесомости.
22. Химические процессы.
23.
Активное
состояние
твердофазных
реагентов
и
продуктов.
Технологическое горение. Метастабильные состояния.
24.
Процессы
измельчения
и
рассеивания
твёрдых
тел.
Общая
характеристика чистоты вещества.
25. Общая характеристика процессов разделения и очистки. Сорбционные
процессы. Силикагель. Активированные угли. Ионный обмен. Хроматография.
26. Процессы жидкостной экстракции. Кристаллизационные процессы.
Процессы перегонки через газовую фазу.
27. Очистка электролизом. Анодное растворение. Электродиализ. Разделение
и очистка в центробежном поле.
28. Образование кристаллических зародышей и стеклование.
29. Механизм и кинетика роста кристаллов.
30. Поверхностная кинетика роста кристаллов. Процессы переноса при росте
кристаллов.
31. Влияние примесей на процессы роста кристаллов. Морфологическая
устойчивость растущего кристалла. Интенсификация процессов роста кристаллов.
32. Получение кристаллов из твёрдой фазы. Получение кристаллов из
жидкой фазы. Выращивание кристаллов из расплавов. Методы нормальной
направленной кристаллизации. Методы вытягивания кристаллов из расплавов.
33. Методы зонной плавки.
34. Выращивание кристаллов из растворов.
35. Получение кристаллов из газовой фазы.
36.
Получение
профильных
монокристаллов.
формообразования.
11
Основные
принципы
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «Технология материалов электронной техники» для направления
210104.65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» подготовки специалиста
37. Особенности технологии выращивания профилированных кристаллов
способом Степанова. Выращивание с плёночной подпиткой при краевом
ограничении роста.
38. Легирование кристаллов в твёрдой фазе. Радиационное легирование.
Легирование кристаллов в процессе выращивания из жидкой фазы.
39. Распределение примесей в выращиваемых кристаллах.
40.
Методы
получения
однородно
легированных
монокристаллов.
Сегрегационные методы выравнивания состава кристаллов. Пассивные методы
выравнивания состава кристаллов.
41. Активные методы выравнивания состава кристаллов. Механическая
подпитка расплава твёрдой фазой. Механическая подпитка расплава жидкой фазой.
42. Механическая подпитка расплава газовой фазой.
43. Технологические неоднородности состава кристаллов и методы их
уменьшения.
44. Легирование кристаллов в процессе выращивания из газовой фазы.
Математическое моделирование процессов получения монокристаллов.
Автор программы: __________________ (Костин К.А.)
12