Физика приборов наноэлектроники. РП 11.04.04++ Б1.0.11 Физика приборов нэ набор 2021 2021-2022. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования воронежский государственный университет
 Скачать 377 Kb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО ВГУ)  31.08.2021 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Б1.О.11 Физика приборов наноэлектроники ________________________________________________________________________________ 1. Шифр и наименование направления подготовки/специальности: 11.04.04 Э  лектроника и наноэлектроника2  . Профиль подготовки/специализации: Интегральная электроника и наноэлектроника3. Квалификация (степень) выпускника: магистр  4  . Форма образования: очная5. Кафедра, отвечающая за реализацию дисциплины:  физики полупроводников и микроэлектроники 6  . Составители программы: Жукалин Дмитрий Алексеевич, кандидат физико-математических наук  7. Рекомендована: НМС физического факультета протокол №6 от 24.06.2021  8. Учебный год: 2021-2022 Семестр: 1 9. Цели и задачи учебной дисциплины: цель дисциплины состоит в формировании систематических знаний и фундаментальных принципов, определяющих структуру квантовых низкоразмерных систем, а также в изучении явлений и процессов в наноструктурах, использующихся при разработке приборов наноэлектроники. При изучении курса ставятся следующие основные задачи: получение представлений о физических идеях и принципах современной наноэлектроники; формирование комплекса теоретических знаний о физических свойствах низкоразмерных электронных систем, важнейших физических процессах и явлениях, составляющих фундаментальную основу наноэлектроники; знакомство с существующими моделями, теориями различных физических явлений и основными областями применения наноэлектронных структур. Задачи учебной дисциплины: получение у обучающихся представлений о физических идеях и принципах современной наноэлектроники, формирование комплекса теоретических знаний о физических свойствах низкоразмерных электронных систем, важнейших физических процессах и явлениях, составляющих фундаментальную основу наноэлектроники; знакомство с существующими моделями, теориями различных физических явлений и основными областями применения наноэлектронных структур; изучение явлений и процессов в наноструктурах, использующихся при разработке элементов и приборов наноэлектроники; формирование навыков применения теоретических знания о физических свойствах наноэлектронных систем для исследования важнейших физических процессов и явлений, составляющих фундаментальную основу наноэлектроники; овладение навыками расчета параметров и характеристик приборов и устройств наноэлектроники, выбора экспериментальных методов исследования, соответствующих поставленным задачам. 10. Место учебной дисциплины в структуре ОПОП: Дисциплина включена в число дисциплин обязательной части блока Б1 по направлению подготовки 11.04.04 Электроника и наноэлектроника. Для ее усвоения требуются знания, формируемые при освоении ОПОП бакалавриата в рамках курсов математики, физики, компьютерного моделирования. В результате прохождения данной дисциплины обучающийся должен приобрести знания, умения, навыки общепрофессиональных компетенций, необходимых для обеспечения трудовых функций В/02.7 «Разработка функционального описания цифровых блоков аппаратной части СнК» и Е/02.7 «Проектировка поведенческой модели аналоговой части проекта для моделирования в составе всей системы в целом» профессионального стандарта 40.016 «Инженер в области проектирования и сопровождения интегральных схем и систем на кристалле». Знания, полученные при освоении дисциплины «Физика приборов наноэлектроники», необходимы при выполнении научно-исследовательских работ, учебной и производственных проектно-конструкторских практик написания магистерской выпускной квалификационной работы в области микро- и наноэлектроники. 11. Планируемые результаты обучения по дисциплине/модулю (знания, умения, навыки), соотнесенные с планируемыми результатами освоения образовательной программы (компетенциями) и индикаторами их достижения:
12. Объем дисциплины в зачетных единицах/часах в соответствии с учебным планом — 3/108. Форма промежуточной аттестации – экзамен 13 Трудоёмкость по видам учебной работы:
13.1 Содержание разделов дисциплины:
13.2 Разделы дисциплины и виды занятий:
14. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины: Изучение дисциплины «Физика приборов наноэлектроники» предусматривает осуществление учебной деятельности состоящей из двух частей: обучения студентов преподавателем и самостоятельной учебной деятельности студентов по изучению дисциплины. В учебном процессе используются следующие образовательные технологии по образовательным формам: лекции; индивидуальные занятия. По преобладающим методам и приемам обучения: объяснительно-иллюстративные (объяснение, показ–демонстрация учебного материала и др.); активные (анализ учебной и научной литературы, составление схем и др.) и интерактивные, в том числе и групповые (взаимное обучение в форме подготовки и обсуждения докладов); информационные; компьютерные; мультимедийные (работа с сайтами академических структур, научно-исследовательских организаций, электронных библиотек и др., разработка презентаций, сообщений и докладов, работа с электронными обучающими программами и т.п.). Дисциплина может реализовываться с применением электронного обучения и дистанционных образовательных технологий. Подготовка к лекциям является одним из видов самостоятельной работы студентов-магистров. Студентам, чтобы хорошо овладеть учебным материалом, необходимо выработать навыки правильной и планомерной работы. Перед началом лекционных занятий надо просмотреть все, что было сделано в предыдущий раз. Это позволит сосредоточить внимание и восстановить в памяти уже имеющиеся знания по данному предмету. Кроме того, такой метод поможет лучше запомнить как старое, так и новое, углубит понимание того и другого, так как при этом устанавливаются связи нового со старым, что является не только обязательным, но и основным условием глубокого овладения материалом. Чем детальнее изучаемое ассоциируется с известным ранее, тем прочнее сохраняется в памяти и быстрее вспомнить, когда требуется. Приступая к изучению нового материала, необходимо сосредоточиться, т.е. сконцентрировать внимание и не отвлекаться от выполняемой работы, помня, что желание запомнить является гарантией успешной работы, отсутствие же воли к запоминанию снижает эффект восприятия. Следует помнить о том, что через лекцию передается не только систематизированный теоретический материал, но и постигается методика научного исследования и умение самостоятельно работать, анализировать различного рода явления. Записывать на лекции необходимо главное, не стремясь зафиксировать все слово в слово. Выбрать же главное без понимания предмета невозможно. Наличие собственного конспекта лекций позволяет еще раз ознакомиться, продумать, разобраться в новом материале, так как недостаточно хорошо понятые во время лекции положения могут быть восстановлены в памяти, сопоставлены с другими, додуманы, дополнены, уяснены и расширены с помощью учебной литературы. Записи являются пособиями для повторения, дают возможность охватить содержание лекции и всего курса в целом. При этом хорошо овладеть содержанием лекции – это: - знать тему; - понимать значение и важность ее в данном курсе; - четко представлять план; - уметь выделить основное, главное; - усвоить значение примеров и иллюстраций; - связать вновь полученные сведения о предмете или явлении с уже имеющимися; - представлять возможность и необходимость применения полученных сведений. Существует несколько общих правил работы на лекции: - лекции по каждому предмету записывать удобнее в отдельных тетрадях, оставляя широкие поля для пометок; - к прослушиванию лекций следует готовиться, что позволит в процессе лекции отделить главное от второстепенного; - лекции необходимо записывать с самого начала, так как оно часто бывает ключом ко всей теме; - так как дословно записать лекцию невозможно, то необходимо в конспекте отражать: формулы, определения, схемы, трудные места, мысли, примеры, факты и положения от которых зависит понимание главного, новое и незнакомое, неопубликованные данные, материал отсутствующий в учебниках и т.п.; - записывать надо сжато; - во время лекции важно непрерывно сохранять рабочую установку, умственную активность. Изучение теоретического материала в данном курсе не ограничивается подготовкой к лекциям и работой на данном виде занятий. Лекционная часть курса органически взаимосвязана с иными видами работ: написанием рефератов, участием в семинарских и лабораторных занятиях, подготовкой и сдачей зачета по дисциплине, в структуре которых также большое значение имеет самостоятельная работа студента. Самостоятельная работа обучающихся наряду с аудиторной представляет одну из форм учебного процесса и является существенной ее частью, что наиболее ярко представлено в процессе подготовки бакалавров. Последнее обусловлено тем, что самостоятельная работа предназначена для формирования навыков самостоятельной работы как вообще, так и в учебной, научной деятельности, формирование и развитие способности принимать на себя ответственность, самостоятельно решать проблему, находить конструктивные решения, выход из кризисной ситуации и т.д. Самостоятельная работа формирует самостоятельность не только как совокупность умений и навыков, но и как черту характера, играющую существенную роль в структуре личности современного специалиста высшей квалификации. Никакие знания, полученные на уровне пассивного восприятия, не ставшие объектом собственной умственной или практической работы, не могут считаться подлинным достоянием человека. Давая возможность расширять и обогащать знания, умения по индивидуальным направлениям, самостоятельная работа обучающегося позволяет создать разносторонних специалистов. В процессе самостоятельной работы развивают творческие возможности обучающегося, при этом самостоятельная работа завершает задачи всех видов учебной работы. Самостоятельная работа - это планируемая работа обучающихся, выполняемая по заданию и при методическом руководстве преподавателя, но без его непосредственного участия. Преподаватель, ведущий занятия, организует, направляет самостоятельную работу обучающихся и оказывает им необходимую помощь. Однако самостоятельность обучающихся должна превышать объем работы, контролируемой преподавателем работы, и иметь в своей основе индивидуальную мотивацию обучающегося по получению знаний, необходимых и достаточных для будущей профессиональной деятельности в избранной сфере. Преподаватель при необходимости может оказывать содействие в выработке и коррекции данной мотивации, лежащей в основе построения самостоятельной деятельности обучающегося по изучению дисциплины, получению необходимых знаний и навыков. Получение образования предполагает обучение решению задач определенной сферы деятельности. Однако, как бы хорошо не обучались обучающиеся способам решения задач в аудитории, сформировать средства практической деятельности не удастся, так как каждый случай практики особый и для его решения следует выработать особый профессиональный стиль мышления. Основой самостоятельной работы служит научно-теоретический курс, комплекс полученных обучающимся знаний. Основной, наиболее экономичной формой получения и усвоения информации, теоретических знаний в вузе является лекция, позволяющая воспринять значительную сумму основных знаний и потому способствующая повышению продуктивности всех других форм учебного труда. Результат обучения и самостоятельной работы обучающегося предполагает наличие следующих составляющих: - понимание методологических основ построения изучаемых знаний; - выделение главных структур учебного курса; - формирование средств выражения в данной области; - построение методик решения задач и ориентации в проблемах (ситуациях). Самостоятельная работа обучающихся при изучении «Физика приборов наноэлектроники» включает в себя: подготовку и участие в изучении теоретической части курса, подготовку к экзамену. Самостоятельная работа студента при изучении «Физика приборов наноэлектроники» включает в себя: изучение теоретической части курса - 42 часа итого - 42 часа 13. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины: а) основная литература:
б) дополнительная литература:
в) информационные электронно-образовательные ресурсы:
16. Учебно-методическое обеспечение для организации самостоятельной работы:
17. Образовательные технологии, используемые при реализации учебной дисциплины: Метод преподавания – проблемный, форма обучения – групповая, форма общения – интерактивная. В учебном процессе используются следующие образовательные технологии по образовательным формам: лекции; индивидуальные занятия. По преобладающим методам и приемам обучения: объяснительно-иллюстративные (объяснение, показ–демонстрация учебного материала и др.); активные (анализ учебной и научной литературы, составление схем и др.) и интерактивные, в том числе и групповые (взаимное обучение в форме подготовки и обсуждения докладов); информационные; компьютерные; мультимедийные (работа с сайтами академических структур, научно-исследовательских организаций, электронных библиотек и др., разработка презентаций, сообщений и докладов, работа с электронными обучающими программами и т.п.). Дисциплина может реализовываться с применением электронного обучения и дистанционных образовательных технологий. 18. Материально-техническое обеспечение дисциплины: Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекционного материала. Для лекций разработаны слайды презентаций в программе PowerPoint. Используется ноутбук Samsung X11 с мультивидеопроектором EpsonEM-62 LCD с проекционным экраном Consul. Учебный фильм «На пути к нанотехнологиям». Реализация дисциплины с применением электронного обучения и дистанционных образовательных технологий осуществляется через образовательный портал "Электронный университет ВГУ". 19. Оценочные средства для проведения текущей и промежуточной аттестаций Порядок оценки освоения обучающимися учебного материала определяется содержанием следующих разделов дисциплины:
20.1 Текущий контроль успеваемости Текущий контроль успеваемости по дисциплине осуществляется с помощью опроса на занятиях Перечень вопросов Основные принципы теории познания. Системный анализ. Общие методы научного познания. Природа естественнонаучных методов познания. Анализ, синтез, индукция, дедукция и абдукция в научном исследовании. Экспериментальные и теоретические методы исследования. Системные методы исследования. Понятие технологического уклада по Кондратьеву. Инфраструктура V и VI технологических укладов постиндустриального общества. История и методология формирования научных основ современной электроники: волновой механики, квантовой механики, волновой механики систем. Микроскопическая теория необратимых процессов. Неравновесная термодинамика. Научно-методологические аспекты современных электронных технологий. Технические аспекты современных электронных технологий. Технологические аспекты современных электронных технологий. 20.2 Промежуточная аттестация Промежуточная аттестация по дисциплине осуществляется с помощью следующих оценочных средств - КИМ Комплект КИМ Контрольно-измерительный материал № 1 1. Размерное квантование. Квантовый конфайнмент и размерность электронной системы. 2. Гигантское магнетосопротивление наноструктур, состоящих из чередующихся магнитных и немагнитных слоев; элементы записи, хранения и считывания информации. Контрольно-измерительный материал № 2 1. Элементарные наноструктуры: квантовые ямы, квантовые нити, квантовые точки и полупроводниковые сверхрешетки. 2. Инжекция спиновых токов как основа нового класса приборов; квантовый компьютер.. Контрольно-измерительный материал № 3 1. Энергетический спектр и волновые функции двумерного (2D), одномерного (1D) и нульмерного (0D) электронного газа. 2. Запирание туннельного тока за счет увеличения кулоновской энергии системы при добавлении одного электрона. Условия наблюдения эффекта. Контрольно-измерительный материал № 4 1. Распределение плотности состояний и равновесные концентрации электронов в системах пониженной размерности. Энергетический спектр сверхрешетки. Влияние на энергетический спектр магнитного поля. 2. ВАХ асимметричного туннельного контакта без затвора. Механизм образования ступеней. Контрольно-измерительный материал № 5 1. Эффективное понижение размерности системы. Движение электрона в однородном электрическом поле. 2. Кулоновская блокада туннелирования через две гранулы. Одноэлектронный транзистор. Контрольно-измерительный материал № 6 1. Основные типы композиционных гетероструктур. Описание электронных состояний методом огибающей. 2. Устройства на основе одноэлектронных транзисторов. Новые типы электронных схем. Контрольно-измерительный материал № 7 1. Условия образования 2D-электронного газа в инверсионном слое МДП-структуры. Размерные эффекты.. 2. Вывод условий для реализации туннелирования с единичной вероятностью. Контрольно-измерительный материал № 8 1. Кинетические явления в двумерных структурах и сверхрешетках. Квантование Ландау и осцилляции Ванье - Штарка. 2. Эффект резонансного туннелирования в двухбарьерной структуре с квантовой ямой и в многобарьерных квантовых структурах. ВАХ двух- и многобарьерных структур. Контрольно-измерительный материал № 9 1. Целочисленный квантовый эффект Холла (ЦКЭХ). Условия наблюдения и результаты эксперимента.. 2. Приборы на основе резонансного туннелирования. Контрольно-измерительный материал № 10 1. Дробный квантовый эффект Холла и его интерпретация. 2. Электронная структура и физические свойства фуллеренов, нанотрубок и мультиграфеновых систем. Контрольно-измерительный материал № 11 1. Структура квантовой жидкости как основного сильно коррелированного состояния двумерного электронного газа в сильном магнитном поле и свойства ее элементарных возбуждений. 2. Размерные эффекты в углеродных наноматериалах и гибридных структурах на их основе. Контрольно-измерительный материал № 12 1. Модулированное легирование. Полевые транзисторы на электронах с высокой подвижностью. 2. Оптика квантовых структур. Вероятность перехода в поле электромагнитной волны. Правила отбора. Возможность управления оптическими параметрами в широких пределах. Контрольно-измерительный материал № 13 1. Баллистический транспорт. Приборы на основе баллистического транспорта. 2. Каскадные лазеры на междузонных переходах в системе квантовых ям. Контрольно-измерительный материал № 14 1. Проявление мировых постоянных (е, h). Эффекты локализации и их роль в ЦКЭХ. Аргументы Лафлина. 2. Фотонные кристаллы. Возможность реализации лазерной генерации в непрерывном режиме при комнатной температуре. Описание технологии проведения промежуточной аттестации Промежуточная аттестация по дисциплине – экзамен. В приложение к диплому вносится оценка отлично/хорошо/удовлетворительно. Оценка уровня освоения дисциплины «Физика приборов наноэлектроники» осуществляется по следующим показателям: - качество ответов при опросе на занятиях; - полнота ответов на вопросы контрольно-измерительного материала; - полнота ответов на дополнительные вопросы. Критерии оценки освоения дисциплины «Физика приборов наноэлектроники»: – оценка отлично выставляется при полном соответствии работы студента всем вышеуказанным показателям. Соответствует высокому (углубленному) уровню сформированности компетенций: компетенции сформированы полностью, проявляются и используются систематически, в полном объеме. Данный уровень превосходит, по крайней мере, по одному из перечисленных выше показателей повышенный (продвинутый) уровень; – оценка хорошо выставляется в случае, если работа студента при освоении дисциплины не соответствует одному из перечисленных показателей или в случае предоставления курсовых работ и отчетов по лабораторным работам позже установленного срока. Соответствует повышенному (продвинутому) уровню сформированности компетенций: компетенции в целом сформированы, но проявляются и используются фрагментарно, не в полном объеме. Данный уровень превосходит, по крайней мере, по одному из перечисленных выше показателей пороговый (базовый) уровень; – оценка удовлетворительно выставляется в случае, если работа студента при освоении дисциплины не соответствует любым двум из перечисленных показателей. Соответствует пороговому (базовому) уровню сформированности компетенций: компетенции сформированы в общих чертах, проявляются и используются ситуативно, частично. Данный уровень обязателен для всех осваивающих основную образовательную программу; – оценка неудовлетворительно выставляется в случае несоответствия работы студента всем показателям, его неорганизованности, безответственности и низкого качества работы при выполнении лабораторных работ, предусмотренных программой дисциплины. Факт невыполнения требований, предъявляемых к студенту при освоении дисциплины «Физика приборов наноэлектроники» и отраженных в вышеперечисленных критериях, фиксируется в ведомости оценкой неудовлетворительно. Если студент не осваивает дисциплину в установленном программой объеме и в сроки, определенные графиком учебного процесса, он не допускается к промежуточной аттестации по данному виду учебной работы. Оценка знаний, умений и навыков, характеризующая этапы формирования компетенций в рамках изучения дисциплины осуществляется в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Текущая аттестация проводится в соответствии с Положением о текущей аттестации обучающихся по программам высшего образования Воронежского государственного университета. Текущая аттестация проводится в форме выполнения практических заданий. Критерии оценивания приведены выше. Промежуточная аттестация проводится в соответствии с Положением о промежуточной аттестации обучающихся по программам высшего образования. Контрольно-измерительные материалы промежуточной аттестации включают в себя теоретические вопросы, позволяющие оценить уровень полученных знаний. При оценивании используются качественные шкалы оценок. Критерии оценивания приведены выше. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||