скачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Радиофизический факультет
Кафедра физики наноструктур и наноэлектроники
УТВЕРЖДАЮ
Декан радиофизического факультета
____________________Якимов А.В.
«18» мая 2011 г.
Учебная программа
Дисциплины М2.Р6 «Сканирующая зондовая микроскопия»
по направлению 011800 «Радиофизика»
магистерская программа «Физическая электроника»
Нижний Новгород
2011 г.
1. ^
Курс базируется на знаниях студентов, приобретенных в курсах общей физики, физики твердого тела и квантовой механики.
Цель курса - сформировать у студентов современное представление о возможностях исследования локальных свойств поверхности твердого тела методами сканирующей зондовой микроскопии. Одной из наиболее важных задач данного спецкурса является ознакомление студентов с современными методами нанотехнологии применительно к созданию систем сверхплотной записи информации.
2. ^
Дисциплина «Сканирующая зондовая микроскопия» относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла основной образовательной программы по направлению 011800 «Радиофизика».
3. ^
В результате освоения дисциплины формируются следующие компетенции:
способностью использовать базовые знания и навыки управления информацией для решения исследовательских профессиональных задач, соблюдать основные требования информационной безопасности, защиты государственной тайны (ОК-l0);
способность к свободному владению знаниями фундаментальных разделов физики и радиофизики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач (в соответствии со своим профилем подготовки) (ПК-1);
способность к свободному владению профессионально-профилированными знаниями в области информационных технологий, использованию современных компьютерных сетей, программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том числе находящихся за пределами профильной подготовки (ПК-2);
способность использовать в своей научно-исследовательской деятельности знание современных проблем и новейших достижений физики и радиофизики (ПК-3);
способность самостоятельно ставить научные задачи в области физики и радиофизики (в соответствии с профилем подготовки) и решать их с использованием современного оборудования и новейшего отечественного и зарубежного опыта (ПК-4).
В результате изучения студенты должны познакомиться с основными способами исследования свойств поверхности твердого тела методами сканирующей зондовой микроскопии. Студенты должны усвоить физические основы методов СЗМ; физические принципы работы зондовых микроскопов; методы получения и анализа СЗМ данных; современные способы формирования наноструктур с помощью зондовых микроскопов.
4.^
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.
Виды учебной работы
|
Всего часов
|
Семестры
|
^
|
108
|
11
|
Аудиторные занятия
|
32
|
32
|
Лекции
|
32
|
32
|
Практические занятия (ПЗ)
|
0
|
0
|
Семинары (С)
|
0
|
0
|
Лабораторные работы (ЛР)
|
0
|
0
|
Другие виды аудиторных занятий
|
0
|
0
|
Самостоятельная работа
|
40
|
40
|
Курсовой проект (работа)
|
0
|
0
|
Расчетно-графическая работа
|
0
|
0
|
Реферат
|
0
|
0
|
Другие виды самостоятельной работы
|
0
|
0
|
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
|
экзамен (36)
|
экзамен (36)
|
5. Содержание дисциплины
5.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№п/п
|
Раздел дисциплины
|
Лекции
|
ПЗ (или С)
|
ЛР
|
1.
|
Введение.
|
2
|
|
|
2.
|
Сканирующая туннельная микроскопия.
|
2
|
|
|
3.
|
Режимы работы СТМ.
|
4
|
|
|
4.
|
Система автоматизации СТМ.
|
2
|
|
|
5.
|
Туннельная спектроскопия.
|
4
|
|
|
6.
|
Атомно-силовая микроскопия.
|
3
|
|
|
7
|
Магнитно-силовая микроскопия
|
3
|
|
|
8.
|
Ближнепольная оптическая микроскопия.
|
3
|
|
|
9.
|
Пространственное разрешение зондовых микроскопов.
|
3
|
|
|
10.
|
Модификация свойств поверхности с помощью СТМ/АСМ/МСМ.
|
4
|
|
|
11.
|
Модификация свойств поверхности с помощью СБОМ.
|
2
|
|
|
5.2. Содержание разделов дисциплины
1. Введение.
1.1. Принципы сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ).
1.2. Конструктивные особенности и режимы работы зондовых микроскопов.
1.3. Комбинации различных типов микроскопов в одном приборе
2. Сканирующая туннельная микроскопия.
2.1. Конструкции сканирующих туннельных микроскопов (СТМ).
2.2. Системы сближения иглы и образца.
2.3. Сканирующие элементы.
2.4. Способы изготовления СТМ зондов
^
Получение изображений поверхности в режимах постоянного туннельного тока и постоянной средней высоты.
Получение информации о распределении локальной работы выхода электронов вдоль поверхности.
^
Система сбора и обработки информации.
Характерные искажения СТМ изображений и методы их устранений.
Спектральный и корреляционный анализ изображения поверхности.
^
Вольт-амперные характеристики туннельных контактов.
Зависимость туннельного тока от расстояния зонд-образец.
Резонансные эффекты в СТМ.
Низкотемпературный СТМ. Спектроскопия сверхпроводников.
^
Принципы работы и конструкции атомно-силовых микроскопов (АСМ).
Силы, действующие на зонд АСМ (Ван-дер-Ваальса, капиллярные, электростатические).
Режимы работы АСМ. Методы регистрации сигнала пропорционального рельефу поверхности.
Электросиловая микроскопия.
^
Принципы работы и конструкции магнитно-силовых микроскопов (МСМ).
Взаимодействие зонда с магнитными полями образца.
Особенности формирования МСМ контраста от различных структур.
Регистрация магнитострикционного отклика поверхности.
^
Прохождение света через отверстия с размерами меньшими длины волны.
Принципы работы ближнепольных оптических микроскопов (СБОМ).
Режимы работы СБОМ: коллекторная мода, излучательная мода на отражение и на прохождение.
Эванесцентные волны.
Типы ближнепольных оптических зондов и методы их изготовления.
Ближнепольная спектроскопия полупроводниковых структур. Исследование фотолюминесценции квантовых точек, нитей и ям с высоким пространственным разрешением.
^
Связь разрешения СЗМ с размером зонда и расстоянием между зондом и образцом.
Искажения, вносимые зондом в изображение рельефа и свойств поверхности. Методы восстановления истинного рельефа поверхности.
^
Механические воздействия зонда на поверхность.
Тепловое воздействие электрического тока через контакт зонд-поверхность.
Термохимические процессы на поверхности, стимулированные протеканием тока через контакт.
Магнитное воздействие зонда на поверхность магнитных образцов.
Создание поверхностных структур нанометрового масштаба.
Сверхплотная запись информации методом МСМ.
^
11.1. Инициирование фотохимических, термохимических реакций и процессов диффузии под действием оптического излучения.
11.2. Ближнепольная фотолитография. Физические и технологические ограничения метода.
11.3. Сверхплотная запись информации методом СБОМ. Реверсивная и нереверсивная запись.
6. Лабораторный практикум
Не предусмотрен.
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
7.1. Рекомендуемая литература.
а) основная литература:
В.Л.Миронов - Основы сканирующей зондовой микроскопии. М.: Техносфера, 2004, 143 стр.
Сканирующая зондовая микроскопия биополимеров. Под ред. И.Г.Яминского, М.: Научный мир, 1997, 88 стр.
В.К.Неволин - Основы туннельно-зондовой нанотехнологии. М.: МГИЭТ (ТУ), 1996, 91 стр.
В.С.Эдельман - Сканирующая туннельная микроскопия (обзор). // Приборы и техника эксперимента, 1989, № 5, стр. 25 - 49.
б) дополнительная литература:
В.И.Панов – Сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия поверхности. // УФН, 1988, т.155, № 1, стр. 155 - 158.
В.А.Быков, М.И.Лазарев, С.А.Саунин - Сканирующая зондовая микроскопия для науки и промышленности. // “Электроника: наука, технология, бизнес”., 1997, № 5, стр. 7 - 14.
А.П.Володин – Новое в сканирующей микроскопии. // Приборы и техника эксперимента, 1998, № 6, стр. 3 - 42.
8. Вопросы для контроля
Сканирующие элементы зондовых микроскопов. Конструкции, принципы работы и основные характеристики.
Системы прецизионного сближения зонда и образца в зондовых микроскопах.
Виброзащита и термостабилизация зондовых микроскопов.
Методы изготовления зондов для туннельного и атомно-силового микроскопов.
Принципы работы сканирующего туннельного микроскопа. Основные режимы получения СТМ изображений рельефа поверхности.
Принципы регистрации распределения локальной работы выхода электронов с помощью туннельного микроскопа.
Организация системы обратной связи сканирующего туннельного микроскопа.
Туннельная спектроскопия. Методы снятия вольт-амперных характеристик туннельного контакта СТМ. Основные типы ВАХ контактов металл-металл, металл-полупроводник, металл-сверхпроводник.
Принципы работы атомно-силового микроскопа. Основные режимы получения АСМ изображений рельефа поверхности.
Колебательные методики атомно-силовой микроскопии.
Организация системы обратной связи атомно-силового микроскопа.
Силовая спектроскопия свойств поверхности с помощью атомно-силового микроскопа.
Принципы работы электросилового микроскопа. Режимы измерения распределения потенциала вдоль поверхности, локальной емкости контакта зонд-поверхность.
Принципы работы магнитно-силового микроскопа. Магнитное взаимодействие зонда МСМ и образца. Методы получения МСМ контраста. Интерпретация МСМ контраста простейших распределений намагниченности образцов.
Принципы работы ближнепольного оптического микроскопа. Shear-force контроль расстояния зонд-поверхность. Основные конфигурации БОМ.
Модификация свойств поверхности с помощью СТМ/АСМ/МСМ/БОМ.
9. ^
Превосходно
|
Подробно уверенно и развернуто ответить на два контрольных вопроса по курсу, ответить не менее чем на 3 дополнительных вопроса из различных разделов курса
|
Отлично
|
Уверенно ответить на два контрольных вопроса по курсу, ответить не менее чем на 3 дополнительных вопроса из различных разделов курса.
|
Очень хорошо
|
Уверенно ответить на один из контрольных вопросов по курсу, ответить не менее чем на 2 дополнительных вопросы из двух разных контрольных вопросов по курсу.
|
Хорошо
|
Уверенно ответить на один из контрольных вопросов и на один дополнительный вопрос.
|
Удовлетворительно
|
Нечеткий ответ на один из контрольных вопросов.
|
Неудовлетворительно
|
Отсутствие ответа на любой контрольный вопрос.
|
Плохо
|
Отсутствие ответа на любой контрольный вопрос.
|
10. ^ .
Курсовые работы не предусмотрены
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом по направлению 011800 «Радиофизика».
Автор программы _________________ Миронов В.Л.
Программа рассмотрена на заседании кафедры 11 марта 2011 г. протокол № 5
Заведующий кафедрой ___________________ Красильник З.Ф.
Программа одобрена методической комиссией факультета 11 апреля 2011 года
протокол № 05/10
Председатель методической комиссии_________________ Мануилов В.Н.
Добавить документ в свой блог или на сайт
|
