ФХМ_РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (1085140)

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

Текст из файла

10

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Физико-химические основы процессов микро- и нанотехнологии

Направление подготовки

210100 – Электроника и наноэлектроника

222900 – Нанотехнологии и микросистемная техника

1. Предмет, основные разделы и методы физической химии.

Связь химических и физических явлений. Зарождение физической химии как самостоятельной дисциплины, основные этапы ее развития. Предмет физической химии, ее задачи, объекты и методы исследований. Особенности развития физической химии на современном этапе.

Основные разделы физической химии: учение о строении вещества, свойствах молекул, ионов, радикалов, природе химической связи; химическая термодинамика; учение о растворах; электрохимия; химическая кинетика и катализ; учение о поверхностных явлениях; фотохимия; кристаллохимия; физико-химический анализ; учение о коррозии металлов и др.

Роль физической химии в промышленности. Основные физико-химические закономерности – теоретическая база технологических процессов твердотельной электроники.

1. Строение атома.

Квантово-механическое описание атомных систем. Уравнение Шредингера {[T_o+U_en]+U_ee+H_so]=E). Физический смысл волновой функции (dW=||²dV). Атомные орбитали водородоподобных атомов _nlm(r,,)= R_nl(r) Y_lm,)_m), _1s=(1/a_B)^3/2exp(-r/a_B)(1/4)^1/2. Радиус Бора a_B= 4_oħ²/m_ee²=0,53 Å. Квантовые числа – n, l, m, s, j. Дискретность энергии и момента количества движения: E_n= me⁴/2ħ²n², M=ħ[l(l+1)]^1/2, M_l=mħ. Спин электрона M_s=ħ[s(s+1)]^1/2, s=1/2. Пространственное распределение электронной плотности. Атомные орбитали и квантовые числа многоэлектронных атомов. Принцип запрета Паули. Электронные конфигурации и термы (^2S+1L_J). Правила Хунда (max S, max L, J=L+S или J=L-S). Электронные слои и оболочки. Последовательность энергетических уровней E_nl. Периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева. s- и p-элементы. Переходные элементы. Магнитные свойства атомов и ионов.

1. Химическая связь, образование молекул.

Определение и основные параметры химической связи. Развитие учения о химической связи. Энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность. Типы химической связи.

Решение уравнения Шредингера для молекулы H₂. Обменное взаимодействие. Основные положения, лежащие в основе метода валентных связей. Примеры, иллюстрирующие образование химической связи по методу валентных связей (H₂, F₂, HF, H₂S). Неподеленная пара электронов, донорно- акцепторный механизм образования химической связи. Гибридизация атомных орбиталей. Кратность связи, типы связи (-, -, - связи).

Основные положения, лежащие в основе метода молекулярных орбиталей. Приближение ЛКАО. Энергетические диаграммы. Примеры (H₂⁺, H₂, He₂⁺. He₂. B₂, N₂⁺. O₂⁺. O₂, N₂, F₂, BeCl₂, CO₂, CH₄). Строение молекул.

4. Кристаллическое состояние вещества. Кристаллы. Периодичные и апериодичные кристаллы. Кристаллографические характеристики твердотельных фаз с дальним порядком: кристаллическая решетка, узел, элементарная ячейка. Однозначный выбор элементарной ячейки – правила Браве. Сингония и кристаллографические системы. Примитивные и центрированные решетки (P, A, B, C, F, I, R). 14 типов решеток Браве.

Закрытые и открытые элементы симметрии кристалла. Точечные и пространственные группы, их символика.

5. Кристаллическое состояние вещества. Атомно-кристаллическая структура, изоструктурность, изотипность, структурные типы. Координационные числа и координационные многогранники. Кристаллы с соразмерно и несоразмерно модулированными структурами. Квазикристаллы. Физико- химические основы управления типом и концентрацией точечных дефектов в кристаллических фазах переменного состава. Кристаллические структуры типа перовскита, слоистых перовскитов.

6. Основы химической термодинамики. Химическая термодинамика. Понятия энергии, внутренней энергии, работы, теплоты. Термодинамические системы: гомогенные, гетерогенные, открытые закрытые, изолированные. Термодинамические параметры: внутренние, внешние, экстенсивные, интенсивные. Обобщенные силы и обобщенные координаты. Термодинамические функции состояния и функции перехода. Состояния термодинамических систем: стационарные, равновесные и неравновесные. Термодинамические процессы и их типы: обратимые, квазистатические (равновесные), необратимые (неравновесные), самопроизвольные, вынужденные. Релаксация. Время релаксации.

Нулевое начало термодинамики (общее начало термодинамики). Уравнение состояния термодинамической системы. Температура.

7. Первое начало термодинамики (δQ=dU+δA). Внутренняя энергия – функция состояния системы. Теплота и работа – способы передачи энергии (функции перехода). Вычисление работы идеальных термодинамических процессов. Теплоемкость. Теплоемкость идеального газа. Степени свободы движения молекулы. Классическая и квантовая теория температурной зависимости теплоемкости твердых тел.

Термохимия. Тепловые эффекты реакций. Закон Гесса и его следствия. Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры (уравнение Кирхгофа: dQ_V/dT=-(c_Vкон-c_Vисх)). Стандартное состояние (p= 1 бар=10⁵ Па, T=298 К). Термохимические уравнения. Теплоты образования, плавления, испарения. Роль термических процессов в технологии.

8. Второе и третье начала термодинамики.Содержание второго начала термодинамики, его формулировки по Кельвину и Клаузиусу. Коэффициент полезного действия тепловой машины. Цикл Карно, теоремы Карно (1. _=1-T₂/T₁, 2. _=_max). Термодинамическое определение энтропии (dS=dQ/T). Закон возрастания энтропии. Направление протекания процессов в изолированных системах и термодинамические условия равновесия. Термодинамические потенциалы (dU=TdS-pdV, dG=-SdT+Vdp, dF=-SdT-pdV, dH=SdT+Vdp).

Термодинамическая вероятность состояния системы. Статистическое определение энтропии и границы применимости второго начала термодинамики. Вычисление энтропии.

Третий закон термодинамики. Недостаточность I и II законов термодинамики для расчета химического сродства. Тепловая теорема Нернста (lim_T→0(∂S/∂x)_T=0, lim_T→0S(T,x)=S_o)и следствия из нее. Постулат Планка (S_o=0) и вычисление энтропии твёрдых, жидких и газообразных веществ. Расчет абсолютных значений энтропии.

9. Химические процессы в гетерогенных системах.

Гомогенные и гетерогенные системы Фаза, независимые компоненты, степени свободы системы. Химический потенциал (=G/N) .Общие условия равновесия в гетерогенных системах (p, T, ). Правило фаз Гиббса (f=c-p+2).

Диаграммы состояний (фазовые диаграммы) состав - свойство. Фазовые диаграммы – физико-химические основы синтеза веществ.

Однокомпонентные системы. Равновесные соотношения при фазовых переходах. Примеры фазовых диаграмм однокомпонентных систем (H₂O, CO₂, S, C). Уравнение Клайперона-Клаузиуса (dp/dT=Q/TV).

10. Двухкомпонентные фазовые диаграммы. Типы диаграмм состояний двухкомпонентных систем. Диаграммы плавкости систем, компоненты которых образуют: эвтектическую смесь; твёрдые растворы; конгруэнтно и инконгруэнтно плавящиеся промежуточные химические соединения. Солидус, ликвидус. Область первичной кристаллизации фазы. Эвтектика, перитектика. Область гомогенности фазы, дальтониды, бертоллиды. Правило рычага.

Фазовые диаграммы, имеющие важное значение в микроэлектронике.

11. Трехкомпонентные фазовые диаграммы. Общая характеристика трёхкомпонентных систем. Концентрационный треугольник, определение на нем положения фигуративной точки. Политермические и изотермические разрезы. Типы фазовых диаграмм тройных систем. Примеры простейших фазовых диаграмм тройных систем. Фазовая диаграмма системы Y₂O₃-BaO-CuO_x.

12. Учение о растворах.

Растворы. Виды растворов. Газообразные, жидкие и твердые растворы. Истинные и коллоидные растворы. Идеальные, регулярные, реальные растворы. Различные способы выражения состава растворов: массовая (_i= m_i/m_i), молярная (X_i=n_i/n_i) доли, моляльная (C_m=n/m_S= m/Mm_S), молярная (C=n/V=m/MV), нормальная (C_ekv=n_ekv/V= mz_ekv/MV), массовая (C_mass=m/V) концентрации компонентов раствора, растворимость (S(X)=100m(X)/m(S)). Парциальные молярные характеристики компонентов раствора. Уравнения Гиббса – Дюгема.

Физическая и химическая теории образования растворов. Растворимость газов в газах. Закон Дальтона. Растворимость газов в жидкостях. Взаимная растворимость жидкостей. Растворимость твердых веществ в жидкостях. Давление насыщенного пара над раствором. Закон Рауля и его термодинамическое обоснование. Абсолютно идеальные растворы. Учет отклонения в поведении реальных растворов от идеальных заменой концентрации раствора его активностью. Выбор стандартного состояния раствора.

13. Жидкие растворы. Следствия из закона Рауля. Понижение температуры кристаллизации растворов (криоскопия). Повышение температуры кипения растворов нелетучих веществ (эбуллиоскопия). Осмотическое давление разбавленных растворов. Уравнения для осмотического давления идеальных и предельно разбавленных растворов. Уравнение Вант-Гоффа.

Состав равновесного пара над раствором. Типы диаграмм равновесия жидкость пар в двойных системах. Соотношения между составами жидкого раствора и равновесного пара над ним. Законы Коновалова. Азеотропные смеси. Перегонка жидких растворов 1-го и 2-го типов. Ректификация.

Давление газа над неидеальным жидким раствором. Закон Генри. Закон Генри-Дальтона. Закон распределения растворяемого вещества по фазам в гетерогенной системе. Экстракция. Очистка металлов от примесей зонной плавкой.

14. Твердые растворы. Типы твердых растворов. Факторы, влияющие на образование твердых растворов. Кристаллохимические радиусы. Твердые растворы в важные для использования в электронной промышленности (системы Ge-Si, PbTiO₃-PbZrO₃ и др.). Сверхструктуры. Морфотропные фазовые переходы.

15. Физико-химические основы выращивания монокристаллов.

Плавление и кристаллизация. Две основные стадии кристаллизации, гомогенное и гетерогенное образование зародышей. Зависимость скорости процесса кристаллизации и микроструктуры слитка от числа зародышей и их скорости роста. Механизмы роста граней кристаллов. Гидродинамические режимы при кристаллизации.

16. Основные методы выращивания кристаллов.

Классификация методов. Методы выращивания из собственных расплавов. Метод Киропулоса. Метод вытягивания Чохральского. Метод Бриджмена-Стокбаргера. Метод Вернейля. Методы зонной кристаллизации. Основные особенности зонной плавки. Коэффициент распределения примеси. Перераспределение примеси в процессе роста кристалла. Концентрационное переохлаждение. Методы выращивания из растворов. Выращивание из низкотемпературных растворов. Кристаллизация из раствора в расплаве (метод флюсов). Гидротермальный синтез и рост кристаллов. Методы выращивания из газовой фазы.

17. Методы физико-химического анализа.

Задачи, решаемые при физико-химическом анализе – определение основных характеристик физико-химических систем (химического и фазового состава, микроструктуры, атомно-кристаллической структуры, ее дефектности, фазовых переходов т.д.). Методы физико-химического анализа: дериватография, рентгенография (РФА, РСтА, РСМА и др.), колебательная спектроскопия (ИК, КР), ЯГР, ЯМР, ЯКР, ЭПР, микроскопия – оптическая, STM, SFM, SZM, FIB и др.)

Суть дериватографического анализа: T(t), DT(t), m(t), dm(t)/dt. Метод дифференциального термического анализа (ДТА). Схема комбинированной термопары. Термогравиметрический анализ. Дериватография. Информация, получаемая из дифференциального термического анализа, термогравиметрического анализа. Блок-схема дериватографа Q-1500 D фирмы МОМ. Области использования дериватографического анализа.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ответов (шпаргалок)