Сучасні методи досліджень реальної структури матеріалів мікро-наносистемної техніки
Спеціальність: Мікро- та наносистемна техніка (освітньо-наукова програма)
Код дисципліни: 7.176.00.O.004
Кількість кредитів: 6.00
Кафедра: Напівпровідникова електроніка
Лектор: Василечко Леонід Орестович
Семестр: 1 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування та розвиток у студентів компетентностей:
інтегральної:
Здатність розв’язувати складні задачі та проблеми під час професійної діяльності у сфері мікро- та наносистемної техніки або у процесі навчання, що передбачає проведення досліджень та/або здійснення інновацій та характеризується комплексністю та невизначеністю умов і вимог;
загальних:
ЗК1. Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу;
ЗК2. Здатність спілкуватися державною мовою як усно, так і письмово;
ЗК4. Здатність проводити досліджень на відповідному рівні.
ЗК5. Здатність до пошуку, оброблення та критично аналізувати інформацію з різних джерел;
ЗК6. Здатність генерувати нові ідеї (креативність);
ЗК7. Навички міжособистісної взаємодії;
ЗК8. Здатність спілкуватися з представниками інших професійних груп різного рівня (з експертами з інших галузей знань/видів економічної діяльності);
фахових:
СК1. Здатність ефективно використовувати складне контрольно-вимірювальне, технологічне та дослідницьке обладнання, яке застосовується при дослідженнях та виробництві матеріалів, компонентів, приладів і пристроїв мікро- та наносистемної техніки.
СК2. Здатність здійснювати тестування та діагностику приладів та обладнання, а також оброблення і аналіз отриманих результатів.
СК4. Здатність аргументувати вибір методів розв’язання складних задач і проблем мікро- та наносистемної техніки, критично оцінювати отримані результати та аргументувати прийняті рішення.
СК8. Здатність планувати і виконувати теоретичні та експериментальні наукові дослідження у сфері мікро- та наносистемної техніки та з дотичних міждисциплінарних наукових напрямів.
СК9. Здатність використовувати професійні знання, практичні навички і системний підхід до дослідження і розроблення матеріалів, технологій та приладів і пристроїв на їхній основі для мікро- та наносистемної техніки.
Результати навчання: Р1. Формулювати і розв’язувати складні інженерні, виробничі та/або наукові задачі під час проектування, виготовлення і дослідження мікро- та наносистемної техніки, оцінки можливості доведення отриманих рішень до рівня конкурентоспроможних розробок, створення конкурентоспроможних розробок, втілення результатів у бізнес-проектах.
Р4. Застосовувати спеціалізовані концептуальні знання, що включають сучасні наукові здобутки, а також критичне осмислення сучасних проблем у сфері мікро- та наноелектроніки, для розв’язування складних задач професійної діяльності.
Р5. Вільно спілкуватися державною та іноземною мовами усно і письмово для обговорення професійних проблем і результатів діяльності у сфері мікро- та наноелектроніки, презентації результатів досліджень та інноваційних проектів.
Р6. Розробляти вироби та компоненти мікро- та наносистемної техніки, враховуючі вимоги до їх характеристик, технологічні та ресурсні обмеження; використовувати сучасні інструменти автоматизації проектування.
Р7. Розв’язувати задачі синтезу та аналізу приладів та пристроїв мікро- та наносистемної техніки.
Р8. Збирати необхідну інформацію, використовуючи науково-технічну літературу, бази даних та інші джерела, аналізувати і оцінювати її.
Р9. Забезпечувати якість виробництва; обирати технології, що гарантують отримання необхідних характеристик виробів; застосовувати сучасні методи контролю мікро- та наносистемної техніки
Р11. Досліджувати процеси у мікро- та наноелектронних системах, приладах й компонентах з використанням сучасних експериментальних методів та обладнання, здійснювати статистичну обробку та аналіз результатів експериментів.
Р16. Планувати і виконувати наукові і прикладні дослідження у сфері мікро- та наноелектроніки, обирати ефективні методи досліджень, аргументувати висновки, презентувати результати досліджень фахівцям і нефахівцям.
Р17. Вміти застосувати системний підхід до досліджень і розроблення матеріалів, технології та приладів і пристроїв на їхній основі для мікро- та наносистемної техніки.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Загально-освітні та професійні дисципліни підготовки в суміжних
галузях; Наноструктури; Давачі на основі напівпровідникових
мікро- та нанокристалів
Короткий зміст навчальної програми: Навчальна дисципліна «Сучасні методи досліджень реальної структури матеріалів мікро-наносистемної техніки» викладається у формі лекційних та лабораторних занять. Серед основних тем лекційних занять є порівняльна характеристика фізичних методів дослідження матеріалів, особливості взаємодії рентгенівського, синхротронного, нейтронного та електронного випромінювання з речовиною та їх використання для дослідження фазового складу, атомної (кристалічної) та реальної структури функціональних матеріалів та їх термічної поведінки.
Особлива увага приділяється постановці експерименту для розв’язання конкретних матеріалознавчих завдань, зокрема, ідентифікації речовини та визначення фазового складу багатокомпонентних (композитних) матеріалів, розшифруванню та прецизійному визначенню параметрів кристалічної структури, дослідженню параметрів термічного розширення та структурних фазових переходів за даними in situ низько- та високотемпературної порошкової дифракції синхротронного та нейтронного випромінювання.
Вивчення дисципліни складається із 30 годин лекцій, 30 годин лабораторних занять і 120 годин самостійної роботи студентів. При виконанні лабораторних робіт студенти використовують різні варіанти індивідуальних завдань. Підсумкова атестація за дисципліною відбувається у формі іспиту, що складається із письмової та усної компоненти.
Опис: 1. Вступ до курсу. Загальна характеристика предмету. Огляд фізичних методів дослідження реальної структури твердого тіла та особливостей їх застосування. Дифракційні, мікроскопічні та спектральні методи.
2. Рентгенівське, синхротронне, нейтронне та електронне випромінювання: джерела, детектори, оптика. Основні характеристики всіх видів випромінювання.
3. Теорія взаємодії рентгенівського, синхротронного, нейтронного та електронного випромінювання з речовиною. Дифракційні спектри. Основні рівняння дифракції. Розсіювання різних типів випромінювання кристалами. Особливості використання рентгенівського, синхротронного, нейтронного та електронного випромінювання.
4. Рентгенівський експеримент: метод порошку та монокристалу. Якісний та кількісний рентгенофазовий аналіз. Бази дифракційних та структурних даних.
5. Особливості дослідження кристалічної структури матеріалів. Рентгеноструктурний аналіз. Визначення параметрів елементарної комірки та координат атомів. Інтенсивність дифракційних максимумів. Повнопрофільний метод Рітвельда та його реалізація. Карта розподілу електронної густини.
6. Кристалічний стан речовини. Основні властивості кристалів. Симетрія кристалічних речовин: елементи і операції симетрії, елементарна комірка, сингонії, ґратки Браве, просторові групи, координати та теплові параметри атомів. Структура кристалів: сили зв’язку, найщільніші упаковки, координаційне число, координаційний многогранник. Тверді розчини. Надструктури. Неспіввимірні (модульовані) структури. Квазікристали. Дефекти в кристалах та нестехіометрія.
7. Аналіз реальної структури матеріалів. Мікро- та макронапруження. Розміри кристалітів (нанопорошків). Методи рентгенівської топографії з використанням синхротронного випромінювання.
8. Локальна структура матеріалів. Рентгенівська адсорбційна спектроскопія. EXAFS – метод протяжної тонкої структури рентгенівського спектру (ПТСРС) та XANES – метод ближньої тонкої структури рентгенівського поглинання: нові можливості та застосування.
9. Термічний аналіз та дилатометрія. Дифракція рентгенівського, синхротронного та нейтронного випромінювання при екстремальних умовах. In situ низько- та високотемпературна дифракція. Визначення параметрів термічного розширення та характеру теплових коливань атомів, параметрів стиснення та пружних характеристик матеріалів. Дослідження характеру та природи фазових перетворень. Побудова фазових діаграм та рівняння стану речовини.
Методи та критерії оцінювання: Діагностика засвоєння знань студентом та досягнення програмних результатів навчання за дисципліною “Сучасні методи досліджень реальної структури матеріалів мікро-наносистемної техніки” здійснюється у формі поточного контролю за 100-бальною шкалою і семестрового контролю у формі екзамену.
Поточний контроль здійснюється у формі оцінок за різні види аудиторної активності, у першу чергу за виконання та захист лабораторних робіт та оформлення відповідних звітів.
Семестровий контроль у формі екзамену передбачає письмову компоненту трьох рівнів складності (перший рівень у формі тесту) та усну компоненту, яка при індивідуальному опитуванні дозволяє додатково виявити глибину знань здобувача, його здатність використовувати набуті знання, а також здібності до аналізу, синтезу, комунікації.
Критерії оцінювання результатів навчання: Обов’язковим видом начального завдання є виконання лабораторних робіт, які вважаються виконаними, якщо подані письмові/електронні звіти за їх виконання у передбачений термін до закінчення семестру. Максимальною оцінкою у 8 балів оцінюється якість підготовки та оформлення звіту про виконання лабораторної роботи за кожною темою (опис завдання і ходу її виконання, представлення результатів та їх аналіз, аргументація висновків, акуратність виконання звіту, оформлення ілюстративного матеріалу). За наявності ознак несамостійного виконання, використання іншого варіанту вхідних даних, фальсифікації результатів розрахунку виконання та захист лабораторної роботи оцінюється у 0 балів. За помилки у розрахунках, відсутність аргументованих висновків, їхню неточність чи неконкретність оцінка знижується у залежності від характеру цих недоліків. Загальна оцінка може знижуватись також за орфографічні, стилістичні, синтаксичні помилки, у залежності від їхньої кількості, недоліки оформлення чи форматування тексту звіту, недбалу підготовку ілюстрацій та переліку посилань.
Здобувач, який вчасно (до початку семестрового контролю) не виконав більше ніж 50% обов’язкових видів робіт, або не набрав 21 бал за поточний контроль, не допускається до екзамену.
На екзамені здобувач може отримати максимум 60 балів. Екзамен складається з письмової та усної компонент. Письмова компонента – екзаменаційний білет, який складається із завдань трьох рівнів складності, кожен із яких оцінюються за окремою шкалою, а саме: рівень 1 (тестові завдання) - 10 балів; рівні 2 та 3 (описові завдання різного ступеня складності) - 15 та 25 балів, відповідно.
Відповіді на питання екзаменаційних білетів (письмова компонента) оцінюються максимальною оцінкою, якщо вони є точними, повними та несуперечливими. Якщо відповіді допускають неоднозначність розуміння, є неповними, неточними та суперечливими, то оцінка за виконання конкретного завдання знижується. За відсутність відповіді чи однозначно невірну відповідь виставляється 0 балів. Під час усної компоненти здобувачі можуть пояснити свої відповіді з письмової компоненти, оцінка за які була знижена. У разі вірної відповіді на додаткові запитання оцінка може бути підвищена аж до максимальної за конкретне питання білету, однак максимально покращити оцінку письмової компоненти здобувач може під час усної компоненти не більше ніж на 10 балів.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Рекомендована література
Базова:
1. Говорун Т.П. Фізичні властивості і методи дослідження матеріалів : навч. посіб. / Т.П. Говорун, А.Ф. Будник, В.Б. Юскаєв. – Суми : Сумський державний університет, 2014. – 255 с. ISBN 978-966-657-528-2.
2. Ю.М. Поплавко. Фізичне матеріалознавство: навчальний посібник / Ю.М. Поплавко, Л.П. Переверзєва, С.А. Воронов, Ю.І. Якименко. – К.: НТУУ «КПІ», 2007. – Ч. 2: Діелектрики. – 392 с.
3. Зиман З.З. Основи структурної кристалографії: Навч. посібник / З.З. Зиман– Х.: ХНУ імені В.Н. Каразіна, 2008. – 212 с.
4. Л.О. Бірюкович. Кристалографія, кристалохімія та мінералогія [Електронний ресурс]: підручник для студ. спеціальності 132 Матеріалознавство / Л.О. Бірюкович; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл:
2.832 Кбайт). – К. : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2018. – 234 с.
5. Структура і фізичні властивості твердого тіла. Лабораторний практикум. / За ред. Л.С.Палатника. ? К.: Вища школа, 1992. ? 311 с.
6. Pecharsky V. Fundamentals of powder diffraction and structural characterization of materials, second edition / V. Pecharsky, P. Zavalij.- N. Y.: Springer, 2005. - 713 p.
7. Powder Diffraction. Theory and Practice. / Ed.’s R.E. Dinnebier, S.J.L. Billinge. - Cambridge: The Royal Society of Chemistry, 2008. ? 582 p.
Допоміжна
1. Modern diffraction methods. / Ed.’s: E.J. Mittermeijer, U. Welzel. - Wiley-VCH, 2013. ? 528 p.
2. Local structure from diffraction / Ed.’s: S.J.L. Billinge, M.F. Thorpe. - Kluwer Academic Publishers, 2002.
3. Hammond Ch., The basics of crystallography and diffraction / Ch. Hammond. – Oxford: Oxford University Press, 1997. – 249 p.
Навчально-методичне забезпечення:
1. Віртуальне навчальне середовище НУЛП. «Сучасні методи досліджень реальної структури матеріалів мікро-наносистемної техніки”. – Режим доступу: https://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=2272
2. Робоча програма навчальної дисципліни “Сучасні методи досліджень реальної структури матеріалів мікро-наносистемної техніки”.
3. Опорні конспектй лекцій з дисципліни та їхні презентації.
4. Питання для самоконтролю за кожною темою.
5. Білети для семестрового контролю.
6. Василечко Л.О. Фізичні методи дослідження функцioнaльних матеріалів. Навчальний посібник. / Л.О. Василечко, А.І. Кондир. – Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2020. – 328 с. (ISBN 978-966-941-487-8).
7. Данильченко С.М. Рентгенодифракційні методи дослідження кристалічних матеріалів: навчальний посібник / С.М. Данильченко, В.М. Кузнецов, І.Ю. Проценко.- Суми: Сумський державний університет, 2019.-135 с.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).