Лозовский В.Н. - Нанотехнология в электронике, страница 7

Для специалиста в области нанотехнологии важно ис+пользовать два универсальных «подхода» природы присоздании новых систем из уже существующих. В процессе эволюции природа создает новую систему либо из более простых и компактных (по так называемому принципу «снизу вверх»), либо из более сложных и крупныхпо принципу «сверху вниз».

По принципу «снизу вверх»40НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьвозникли, например, молекулы из атомов, макротела измолекул, залежи монолитного песчаника из совокупностипесчинок, планеты из мелких небесных тел. По принципу«сверху вниз» образовались галька и песок из монолитныхгорных пород, капли дождя из однородных объемов водя+ного пара, звезды (как обособившиеся части галактик).Аналогичным образом работает и инженер.

По прин+ципу «снизу вверх» он синтезирует молекулы из отдель+ных атомов и вещество в макрообъемах (из молекул). Попринципу «сверху вниз» инженер создает из крупногомакротела более мелкие изделия. Например, исходным«макротелом» в производстве интегральной микросхемы(ИМС) является монокристаллический слиток кремния.Его разделяют на тонкие пластины, из которых получаютнебольшие кристаллики — чипы.

Чип — основа ИМС. Нанем специальным методом (литография) выделяются ещеболее мелкие части, которые являются активными, пас+сивными или соединительными элементами ИМС. В ито+ге материал слитка, объемом более 104 см3, используетсядля создания схемных элементов, объемом менее 10–14 см3.Теперь этот метод усовершенствуется и переносится в тех+нологию наноструктур.В обычных технологиях чаще используется принцип«сверху вниз». В нанотехнологии, вероятно, более широ+ко будет использоваться принцип «снизу вверх», т. е. отатомарных объектов к объектам наноразмеров. При этомособую значимость приобретут процессы самоорганизацииатомов в необходимые наноструктуры (см.

п. 2 в табл. 1).ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ1. Какие основные направления инженерной деятельности вызнаете?2. В чем состоит иерархическая связь между различными вида+ми производств?3. Как связаны различные виды производств с природой?4. Охарактеризуйте основные направления и механизмы эволю+ции естественной и искусственной природы.5. Каков результат эволюции нервной системы живых организмов?6.

Что представляет собой человек как особая материальная сис+тема?Часть 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ПОДГОТОВКИ417. Чем обусловлена и в чем проявляется взаимосвязь между раз,личными учебными дисциплинами?8. Опишите иерархические системы материальных структур.9. Как связаны фундаментальные науки с материальными струк,турами?10. Как связаны общие естественнонаучные основы различных на,правлений инженерной деятельности с законами природы?11. Каким образом возникли химические элементы и структурыиерархической системы неорганической природы?12.

Что такое реальность? Что охватывают понятия «объективная»и «субъективная реальность»?13. Что такое инженерный проект?14. Охарактеризуйте сферы соприкосновения объективной и субъ,ективной реальностей.15. Сравните особенности развития естественной и искусственнойприроды.16. Каковы основные источники накопления техногенных отхо,дов жизнедеятельности человека? Каковы задачи инженера вэтой сфере?17.

Охарактеризуйте роль инженера в обеспечении глобальной ста,бильности существования человеческого общества.18. В чем суть двух основных вариантов возникновения в природеновых систем по принципу «снизу вверх» и «сверху вниз»?Опишите аналогичные варианты технологий в инженернойпрактике.•3•ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕОСНОВЫ ДИСЦИПЛИНУЧЕБНОГО ПЛАНА3.1.ОСОБЕННОСТИ ГОСУДАРСТВЕННОГООБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СТАНДАРТАПО НАПРАВЛЕНИЮ«НАНОТЕХНОЛОГИЯВ ЭЛЕКТРОНИКЕ»В основе подготовки дипломированных специалистовлежит Государственный образовательный стандарт(ГОС).

Для каждого направления подготовки имеетсясвой ГОС. Он определяет:· перечень специальностей по данному направлению;· нормативный срок подготовки специалистов;· квалификационную характеристику выпускника;· требования к обязательному минимуму содержанияосновной образовательной программы;· перечень общегуманитарных и социально#экономиче#ских, общематематических и естественнонаучных, об#щепрофессиональных и специальных дисциплин фе#дерального уровня;· сроки освоения основной образовательной программы;· требования к учебно#методическому, материально#тех#ническому и кадровому обеспечению учебного процес#са, к организации практик;· требования к профессиональной подготовке выпуск#ника и к его итоговой государственной аттестации.ГОС определяет также область, объекты и виды профессиональной деятельности специалиста.

Сюда относят#ся: научно#исследовательская, проектно#конструкторская,производственно#технологическая, экспертная, организа#ционно#управленческая, эксплуатационно#сервисная дея#тельность. При этом объектами профессиональной дея#тельности могут быть наноматериалы, нанокомпоненты,устройства и приборы на их основе, технологические про#Часть 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ПОДГОТОВКИ43цессы их изготовления и их свойства, зависимости этихсвойств от технологических режимов получения и обра1ботки наноматериалов, проектирование и конструирова1ние наноприборов, технологического и диагностическогооборудования и т.

д.Даже приведенный неполный список того, что опреде1ляет ГОС в подготовке специалиста, демонстрирует осново1полагающее значение этого документа. На его базе разраба1тываются учебные планы, содержащие помимо дисциплинфедерального компонента, региональные дисциплины, дис1циплины по выбору студентов и факультативные учебныекурсы.В итоге учебный план обычно содержит не менее 50 дис1циплин, распределенных по четырем блокам, как это по1казано на рис.

1.1. Дисциплины учебного плана, за ма1лым исключением, имеют общие фундаментальные осно1вы. Все естественнонаучные и технические дисциплиныобъединены общностью материальных основ (п. 2.3) и фун1даментальных законов природы (п. 2.4), которым подчи1няются любые материальные процессы. Проиллюстриру1ем это утверждение на примере курсов естественнонауч1ного (ЕД), общепрофессионального (ОПД) и специального(СД) блоков дисциплин (см.

рис. 1.1). Будем рассматри1вать только дисциплины федерального компонента.3.2.ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЕДИСЦИПЛИНЫК блоку естественнонаучных дисциплин относятся:математика, физика, химия, информатика, биология.Общая естественнонаучная основа этих дисциплин оче1видна и непосредственным образом отражена в ГОСе. На1пример, если рассматривать обобщенно, то действующийГОС требует дать студентам в курсах физики, химии ибиологии представления о Вселенной в целом, об ее эво1люции; о фундаментальном единстве естественных наук;о дискретности и непрерывности; о соотношении поряд1ка и беспорядка в природе; о динамических и статисти1ческих закономерностях; о вероятности как объективной44НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьхарактеристике природных систем; о принципах симметрии и законах сохранения; о соотношении эмпирического(опытного) и теоретического в познании и т. д.

По каждойиз перечисленных в ГОСе дисциплин дается также болееконкретный перечень специфических законов природы, скоторыми должны быть ознакомлены студенты. У дисциплин различных блоков (см. рис. 1.1) обнаруживаетсяобщность многих законов и моделей, используемых по характерному для каждой дисциплины назначению. Например, в физике и химии рассматриваются модели атомов,молекул и более сложных структур; законы молекулярной физики, термодинамики, активационные процессы,элементы квантовой физики и т. д. Органически связанымежду собой химия и биология.Естественнонаучная общность физики, химии и биологии объясняется тем, что все они с различных сторонописывают один и тот же «объект» — природу. Принципиальные различия между перечисленными дисциплинами состоят лишь в том, что каждая из них описываетприроду со своих позиций или «свою» составляющую природы. Это наглядно представлено на рис.

2.2 и 2.3, и описано в п. 2.3.Для математики и информатики ситуация не стольочевидна. Однако и эти дисциплины по своему происхождению, сути и результатам относятся к естественнонаучным. Математика возникла как прикладная наука, непосредственно связанная с окружающей природой и с разнообразными видами деятельности человека. Например,в первой известной математической энциклопедии, «изданной» 4000 лет назад в Вавилоне в виде 44 глиняныхтабличек, содержатся только практические задачи (поземледелию, орошению, торговле и т. п.). В более поздние времена математика превратилась в весьма разветвленную систему крайне абстрактных теорий. Даже самиматематики долгое время были убеждены в самодостаточности своей науки и полной независимости ее развития от объективной реальности.

Наиболее ярко это убеждение проявилось в абсолютизации аксиоматическогоподхода при формализованном построении логическиЧасть 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ПОДГОТОВКИ45замкнутых математических теорий. В этих теориях сна)чала формулируют ограниченное число основных поло)жений (аксиом), а затем путем строгих математическихили логических выводов получают остальное содержа)ние данной теории.Однако в 30–40)е гг. ХХ столетия была доказана не)достаточность аксиоматического метода (теоремы К. Гё)деля).