ФХОЭТ_Сидорова_М1-Л1 (1076342)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Московский государственный технический университет им.Н.Э.БауманаФакультет: Машиностроительные технологии (МТ)Кафедра: Электронные технологии вмашиностроении (МТ11)Физико-химические основыэлектронныхтехнологийСидороваСветланаВладимировна,асс.каф.МТ11МГТУим.Н.Э. БауманаE-mail:sidorova_bmstu@mail.ru2016Структуракурса«Физико-химическиеосновыэлектронныхтехнологий»Модуль1«Общиеположения,понятияиопределения»Введение.Дисперсноесостояниевещества. Наноразмерные системы. Размерный эффект.Основытермодинамики поверхностных явлений.Поверхностное натяжениеисвободная энергияповерхностей раздела фаз.Рубежный контроль потематикемодуля– 4неделя (задача+тест=10б.+10б.=20б.).Модуль2«Методыанализананоматериалов инаносистем»Методы анализа поверхности.Методы анализа наноразмерных материалов.Особенностианализа высокодисперсных систем.Рубежный контроль потематикемодуля– 8неделя (тест20б.).Модуль3«Методыформированиянаноматериалов инаносистем»Методы формирования наночастиц.Классификация методовпопринципам«снизу– вверх» и«сверху-вниз», физические ихимические методы.Нуклеация иагломерация.

Основные параметры ростананочастиц.Зарождение иростнаночастиц вгомогеннойсреде инаповерхноститвердого тела.Теориироста тонкопленочных покрытий. Модели ростаУолтона-Родина.Механизмы ростананоструктур.Формирование островковых наноструктур.Рубежный контроль потематикемодуля– 12неделя(тест30б.).Модуль4«Приборы,устройстваиоборудованиенанотехнологий»Виды оборудования для получениянаноструктурированных покрытий инаночастиц.Солнечные батареи. Нанотранзисторы.

Нанопроцессоры. Наносенсоры.Автоэмиссионные катоды. Нанотехнологии вбиологииимедицине.Рубежный контроль потематикемодуля– 16неделя(тест+реферат=10б.+20б.=30б.).2Рабочийучебныйпланпокурсу«Физико-химическиеосновыэлектронныхтехнологий»34Модуль1«Общиеположения,понятияиопределения»Лекция15Там,внизу,ещемногоместаРичардФейнманВведениеИсаакНьютон«Optics»1704г.РичардФейнман«There’sPlentyofRoomattheBottom»1959г.Норио Танигучи«OntheBasicConceptof«Nano-Technology»1974г.ЭрикДрекслер«Машинысоздания:грядётэрананотехнологий»1980г.Средневековыевитражи:краскасметаллическимичастицамизолота6нанометрового размераВведениеНаиболеевыдающиесядостижениявобластинанотехнологии отмеченыНобелевскимипремиямипофизике ихимии:1973– затеоретическоепредсказаниеиэкспериментальноеоткрытиетуннельныхявлений(Л.Есаки,И.Гевер,Б.Джозефсон);1985– заоткрытиеквантовогоэффектаХолла(К.фонКлитцинг);1986– засозданиеметодовэлектронной(Э.Руска)итуннельной(Г.Бриннинг,Г.Рорер)микроскопиивысокогоразрешения;1996- заоткрытиефуллеренов(Р.Смолли,Р.Кёрл,Г.Крото);1998- заразвитиетеориифункционалаплотностииразработкувычислительныхметодовквантовойхимии(У.Кон,Дж.Попл);1998– заоткрытиедробногоквантовогоэффектаХолла(Р.Лафлин,Х.Штермер,Д.Цуи);2000– засозданиеполупроводниковыхгетероструктур иразработкуполупроводниковыхинтегральныхсхем(Ж.И.Алферов,Г.Кремер,Дж.Килби);2000- заоткрытиепроводимостивполимерах(Х.Сиракава,А.Хигер,А.Мак-Диармид);2008- заоткрытиеиразработкуметодовиспользованиязеленогофлуоресцентногобелка(О.Симомура,М.Чалфи,Р.Цянь);2010– заисследованияграфена (А.Гейм,К.Новоселов).7Нобелевскаяпремияпофизике1973г.–затеоретическоепредсказаниеиэкспериментальноеоткрытиетуннельныхявленийБрайанДэвидДжозефсон(1940)Джозефсон получилполовинуНобелевскойпремии«затеоретическоепредсказаниесвойствтока,проходящегочерезтуннельныйбарьер,вчастностиявлений,общеизвестныхнынеподназваниемэффектовДжозефсона».Схемыэкспериментов,объясняющихэффект Джозефсона:а— падениенапряжениянавключенном вэлектрическуюцепьсверхпроводникеравнонулю;б— призначительнойтолщинедиэлектрика,разделяющегосверхпроводники,токавцепинет,вольтметр показывает ЭДС батареи;в— прималомзазоремеждусверхпроводниками(порядка10ангстрем)существуеттоксверхпроводимости(стационарныйэффектДжозефсона);г— приналичиетокавцепиинапряжениянаконтакте Джозефсона внемвозникает электромагнитноеизлучение(нестационарныйэффект Джозефсона).ЛеоЭсаки(1925)Айвор Джайевер(1929)ВторуюполовинупремииполучилиЛеоЭсаки иАйвор Джайевер «заэкспериментальныеоткрытиятуннельныхявленийвполупроводникахи 8сверхпроводниках».Нобелевскаяпремияпофизике1985г.–заоткрытиеквантовогоэффектаХоллаВнекоторыхотношенияхоткрытиеквантовогоэффектаХолламожносравнитьсявлениемсверхпроводящеготуннелирования,предсказаннымдвумядесятилетиямираньшеБрайаномД.Джозефсоном.Обаэффектапозволяютнаблюдатьвлабораторномэкспериментеквантовомеханическое поведение,обычноограниченноесистемамиатомныхразмеров.Обаэффектапривеликсозданиюновыхабсолютныхстандартовэлектрическихвеличин– вольтауДжозефсона иомавслучаеКлаусфонКлитцинг квантовогоэффектаХолла.(1943)Зависимостихолловскогосопротивленияиудельногосопротивленияотмагнитногополяприпостояннойконцентрацииносителей.Назависимостихолловскогосопротивлениянаблюдаются «плато»Эффект Холла9Нобелевскаяпремияпофизике1986– засозданиеметодовэлектронной(Э.Руска)итуннельной(Г.Бриннинг,Г.Рорер)микроскопиивысокогоразрешенияЭ.Руска удостоенполовиныНобелевскойпремии1986г.«зафундаментальныеработыпоэлектроннойоптикеисозданиепервогоэлектронногомикроскопа».ДругаяполовинапремиибылаприсужденаГердуБиннигу иГейнриху Рореру заихвкладвсозданиесканирующеготуннелирующегомикроскопа.ДляисследованияповерхностиматериаловБриннинг иРореррешилииспользоватьодинизвариантовквантовомеханическогоэффекта,известногоподназваниемтуннельного.ЭрнстРуска(1906-1988)ГердБинниг(1947)ГенрихРорер(1933)Основнаяидеяэтогоприборасостоитвтом,чтобысканироватьповерхностьтвердоготелаввакуумеспомощьюкончикаостройиглы.Еслимеждуобразцомикончикомиглыприложенонапряжениеирасстояниедостаточномало,тоэлектронытуннелируютсострияиглынаобразец.Потокэлектроновизмеряетсякактоктуннелирования.Силатокатуннелированиязависитотрасстояниямеждуобразцомиостриемиглыивыражаетсяэкспоненциальнойфункциейрасстояния.Водяиглойпообразцуидозируяток,исследователиполучаютвозможность«нанестинакарту»расположениемикроскопических(атомныхразмеров)холмовидолинна10поверхностиобразца.Нобелевскаяпремияпохимии1996г.- заоткрытиефуллереновФуллеренС60РичардСмолли(1943-2005)РобертКёрл(1933)ГарольдКрото(1939)ВуниверситетеРайсаужесуществовалалазернаяспектрометрия,налаженнаяР.Кёрлом,ауСмолли былcозданный имприбордляопределенияспекторов излученияматериаловисоединений.Открытиефуллереновспомощьюэтогоаппаратасостоялосьвсентябре1985,исследовалимасс-спектрыпаровграфита,полученныхприлазерномоблучении(абляции)твёрдогообразца,иобнаружилипикисмаксимальнойамплитудой,соответствующиекластерам,состоящимиз60и70атомовуглерода.Онипредположили,чтоданныепикиотвечаютмолекуламС60иС70ивыдвинулигипотезу,чтомолекулаС60имеетформуусечённогоикосаэдрасимметрии.Нобелевскаяпремия«заоткрытиефуллеренов»былаприсужденаСмолли в1996,вместеР.Кёрлом иГ.Крото.Последнемупринадлежалаидея,чтовокругзвезд-гигантов11могутформироватьсямолекулы,построенныеиздлинныхуглеродныхцепей.Восемьаллотропныхмодификацийуглерода:a)Алмаз(куб);b)Графит;c)Лонсдейлит(гексагональныйалмаз);d)C60;e)C540;f)C70;g)Аморфныйуглерод;h)ОднослойнаяУНТ12Нобелевскаяпремияпохимии1998г.- заразвитиетеориифункционалаплотностииразработкувычислительныхметодовквантовойхимииКонпоказал,чтоэнергияквантовомеханической системыоднозначноопределяетсяееэлектроннойплотностью.Этувеличинувычислитьлегче,чемсложнуюволновуюфункциювуравненииШрёдингера.Контакжеразработалметод(теорияфункцийплотности),которыйдалвозможностьподбиратьуравнениятакимобразом,чтобыихрешениядавализначенияэлектронныхплотностейиэнергийсистемы.ВальтерКон(1923)Этотметод,какиметоданглийскогофизикаД.Попла,широкоприменяетсяхимикамииз-заегопростоты.Попл создалтеоретическуюмодель,вкоторойспомощьюсериивсеболеесовершенныхприближенийрешалиськвантовомеханические уравнения,описывающиеволновуюфункциювуравненииШредингера.Модельдавалавозможностьконтролироватьточностьвычислений.МетодПопла сталдоступенисследователямблагодаряразработаннойкомпьютернойпрограммеGAUSSIAN.ДжонПопл(1925-2004)13Нобелевскаяпремияпофизике1998г.– заоткрытиедробногоквантовогоэффектаХоллаРобертЛафлин(1950)ХорстШтермер(1949)Дениел Цуи(1939)Экспериментальнообнаружилиэффект,которыйсегодняможнообъяснитьлишьналичиемобъектов,несущихэлектрическийзаряд,равный1/3e (е—зарядэлектрона).ИсследователиипрофессорСтэнфордского университетаРобертБ.Лафлин,которыйсмогобъяснитьрезультатыихэкспериментов,былиудостоеныНобелевскойпремиипофизике1998года.Похоже,чтофундаментальностьодногоизкраеугольныхкамнейсовременнойфизики— величинунаименьшеговозможногоэлектрическогозаряда—приходитсяподвергатьсомнению.14Нобелевскаяпремияпофизике2000г.– засозданиеполупроводниковыхгетероструктур иразработкуполупроводниковыхинтегральныхсхемЖоресАлфёров(1930)ГербертКрёмер(1928)ДжекКилби(1923-2005)СиспользованиемразработаннойЖ.И.Алфёровымв70-хгодахXX в.технологиивысокоэффективных,радиационностойких солнечныхэлементовнаосновеAIGaAs/GaAs гетероструктур вРоссии(ивпервыевмире)былоорганизованокрупномасштабноепроизводствогетероструктурных солнечныхэлементовдлякосмическихбатарей.Однаизних,установленнаяв1986годунакосмическойстанции"Мир",проработаланаорбитевесьсрокэксплуатациибезсущественногоснижениямощности.Благодаряданномуоткрытиюсталабыстроразвиватьсямикроэлектроника, 15являющаяся– нарядусоптоэлектроникой – основойвсейсовременнойтехники.Нобелевскаяпремияпохимии2000г.- заоткрытиепроводимостивполимерахАланХигер(1936)АланМакдиармид(1927-2007)Ученыебыли озадаченырешениемпроблемысозданиянеметаллическихпроводниковэлектрическоготокананеорганическойоснове.Именносейчассамоеинтенсивноеразвитиесвязаноспереводомполимероввполупроводниковоесостояние.Этовызванонедавнимоткрытием– некоторыесопряженныеполимерыпроявляютэлектролюминесцентныесвойства–онисветятся,есличерезнихпропуститьэлектрическийток.Люминесцентныематериалымогутиметьмножествоприменений.Хидэки Ширакава(1936)16Нобелевскаяпремияпохимии2008г.- заоткрытиеиразработкуметодовиспользованиязеленогофлуоресцентногобелкаОсамуШимомура(1928)МартинЧалфи(1947)РоджерЦянь(1952)Ученыенашлиинаучилисьиспользоватьвещество,позволяющеенаблюдатьмногиетонкиеструктурыисложныепроцессыв живыхклеткахиорганизмах.В настоящеевремягенэтогобелкаиполученныхна егоосноведругихпохожихбелков,светящихсядругимицветами,используютв тысячахисследованийв качествемаркерадлявеществиклеток,а такжемаркераэкспрессииопределенныхгенов.17Пейзажс закатомв СанДиего,написанныйколониямибактерий,высаженныхнапитательнуюсредув чашкеПетри.В разныхколонияхсинтезируютсяфлуоресцентныебелкиразногоцвета,полученныенаосновезеленогофлуоресцентногобелкамедузыAequorea.Художник — НатанШейнер (NathanShaner),сотрудниклабораторииРоджераЦяня,фотограф — ПолШтейнбах (PaulSteinbach).Фотос сайтаupload.wikimedia.org18Нобелевскаяпремияпофизике2010г.– заисследованияграфенаАндрейГейм(1958)КонстантинНовосёлов(1974)Ученымудалось«продемонстрировать,чтомонослойный углеродобладаетисключительнымисвойствами,которыепроистекаютизудивительногомираквантовойфизики»,отметилипредставителиНобелевскогокомитета.Всвоейработеученыеисследовалиразличныекомбинацииобразцовграфенаиподложекизнитридабора,используясканирующиезондовые(атомныйсиловойитуннельный)ирамановскую методыспектроскопии.Идеальнаякристаллическаяструктураграфена представляетсобойгексагональнуюкристаллическую решётку.РанееученыетакжеисследовалиГрафен - эторазличныесвойстваграфена надвумернаяподложкахизнитридабора,однаковкристаллическаясвоейработеавторывпервыеобнаружилирешеткауглеродазависимостьтакихсвойствотуглатолщинойводинатом.взаимнойориентациинаправленийДанныйнаноматериалкристаллическихрешеток.считаетсячрезвычайноперспективнымдляРаботафизиковоткрываетновыеразвитиясовременнойвозможностивиспользованииграфена вэлектроники.электроннойпромышленности.19ВведениеПриставка"нано-"(отгреческого«nanos»- карлик)обозначаетоднумиллиарднуючасть(10-9)чего-либо.20ВведениеЕслиростчеловекауменьшитьдо1нм,товфутболмыигралибыотдельнымиатомами,атолщиналистабумагиоказаласьбыравной170км.В1нм 10атомовводородаили7атомовкислорода.1нм – размермолекулыфуллерена.Толщиначеловеческоговолоса100000нм.Невооруженнымглазомчеловеквидитдо10000нм.Средняя толщиналистабумаги0,1ммКарбоновая нить(напереднем плане)ичеловеческий волосСхема молекулы21фуллеренаВведение«Еслиприуменьшенииобъемакакого-либовеществапоодной,двумилитремкоординатамдоразмеровнанометрового масштабавозникаетновоекачество,илиэтокачествовозникаетвкомпозицииизтакихобъектов,тоэтиобразованияследуетотнестикнаноматериалам,атехнологииихполученияидальнейшуюработусними– кнанотехнологиям.»Ж.И.Алферов.«Микросистемная техника» №8,2003,стр.3–1322ВведениеПоданным,опубликованнымвэкспресс-бюлетене «ПерсТ»(«Перспективныетехнологии:сверхпроводники,фуллерены,наноструктуры»),соотношениегосударственныхичастныхвложенийвлидирующихстранахв2004г.выгляделоследующимобразом:23ВведениеПрогнозные оценки размерамировогорынка наноиндустрииОбъемпроизводства продукции наноиндустрии(программаразвития наноиндустрии РФ до 2015 г.)Местостран нананотехнологичном рынке(источник: Lux research)24ВведениеРазвитиенаноиндустрии вРоссийскойФедерацииот2011годаПрограммадо2015годаОбщийобъемрынкананотехнологий составилв2010году 15,7млрддолларов,однакок2015онможетвырастидо27млрддолларов(т.е.среднегодовойтемпроста(CAGR)составит11,1%вгод).Наиболеекрупныйсегментобщегорынкананотехнологий - наноматериалы (объемрынка- 10млрддолларовв2010году).ВтечениепятилетегоCAGRбудет составлять14,7%ив2014годуобъемможетдостичь19,6млрддолларов.Второйпообъемусектор,наноинструменты,превыситобъем6,8млрддолларов к2015году.В2010годуегообъемоцениваетсяв5,8млрддолларов иегоCAGRсоставит3,3%.Наиболеебыстрорастущимсегментомрынкастанетсамыйнезначительныйпообъемусекторрынка,рынокнаноустройств.Попрогнозам,данныйрыноквырастетс35,4млнв2010допочти234млндолларовв 2015году,такчтоегоCAGRсоставит45,9%.www.nanodigest.ru 25ВведениеИндексцитированиястатейпотематике«нанотехнология»26ВведениеИндексцитированиястатейпотематике«нанотехнология»с2011по2015гг.вРоссииидругихстранах27ОсновныепонятияиопределенияЖиваяприродазаканчиваетсянаграницепримерно10нм – размерсложныхмолекулбелков.Простыемолекулывдесяткиразменьше.Внаномире идутважныепроцессы–совершаютсяхимическиереакции,выстраиваетсясложнаягеометриякристаллов,структурыбелков.Нанотехнология – совокупностьметодовиприемов,обеспечивающихвозможностьконтролируемымобразомсоздаватьимодифицироватьобъекты,включающиекомпонентысразмерамименее100нм,хотябыводномизмерении,иврезультатеэтогополучившиепринципиальноновыекачества,позволяющиеосуществитьихинтеграциювполноценнофункционирующиесистемыбОльшего масштаба.Вболееширокомсмыслеэтоттерминохватываетметодыдиагностики,характерологиииисследованиятакихобъектов.28ОсновныепонятияиопределенияПеречислить всеобласти,вкоторых нанотехнология можетсущественно повлиять натехническийпрогресс, непредставляется возможным.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций