Министерство образования и науки РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
Факультет микроэлектроники и компьютерных технологий
Кафедра физических основ микро - и наноэлектроники
Кафедра материалов и компонентов твердотельной электроники
Кафедра компьютерных технологий и интегральных микросхем
ПРОГРАММА
вступительных испытаний в магистратуру
по направлению 210100.68 Электроника и наноэлектроника
Магистерская программа
«Технология и проектирование приборов микро - и наноэлектроники»
Нальчик 2011 г.
Общие положения
Вступительные испытания в магистратуру предназначены для определения практической и теоретической подготовленности бакалавра к выполнению профессиональных задач, установленных государственным образовательным стандартом и возможности продолжения обучения в магистратуре.
Бакалавр по направлению подготовки "Нанотехнология" должен быть подготовлен к решению следующих типовых задач:
1) экспериментально-исследовательская деятельность:
-
анализ, систематизация и обобщение научно-технической информации по тематике исследования,
-
экспериментальные исследования по синтезу и анализу наноматериалов и компонентов наносистемной техники;
-
применение процессов нанотехнологии и методов нанодиагностики;
-
физико-математическое и физико-химическое моделирование исследуемых процессов и объектов;
-
описание проводимых исследований, подготовка данных для составления обзоров, отчетов и другой документации.
2) производственно-технологическая деятельность:
-
участие в работах по освоению технологических процессов в ходе подготовки производства наноматериалов и компонентов наносистемной техники;
-
участие в работах по подготовке технической документации на оборудование и процессы нанотехнологии и нанодиагностики;
-
организация метрологического обеспечения технологического процесса, использование типовых методов и разрабатываемых методов контроля качества выпускаемой продукции;
-
оценка эксплуатационных и надежностных параметров изделий по типовым и разрабатываемым методикам;
-
оценка экономической эффективности технологических процессов по существующим методикам;
-
контроль за соблюдением технологической дисциплины.
3) эксплуатация и сервисное обслуживание:
-
участие в монтаже, наладке и регулировании технологического и контрольно-диагностического оборудования, используемого при производстве наноматериалов и компонентов наносистемной техники;
-
организация технического обслуживания и ремонта оборудования, используемого при реализации процессов нанотехнологии и методов нанодиагностики;
-
определение технического состояния и остаточного ресурса технологического и контрольно-измерительного оборудования, контроль за его эксплуатацией.
В основу программы положены следующие дисциплины государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 210600.62 «Нанотехнология»: материалы и методы нанотехнологии, физика конденсированного состояния, элементы и приборы наноэлектроники, процессы микро- и наноэлектроники, компьютерное моделирование расчет и проектирование наносистем.
Критерии оценки ответов при проведении вступительных испытаний в магистратуру.
При оценке ответов при проведении вступительных испытаний в магистратуру учитывается:
-
правильность и осознанность изложения содержания ответа на вопросы., полнота раскрытия понятий и закономерностей, точность употребления и трактовки общенаучных, специальных, технических и технологических терминов;
-
степень сформированности интеллектуальных и научных способностей экзаменуемого;
-
самостоятельность ответа;
-
речевая грамотность и логическая последовательность ответа.
Оценка «отлично»:
-
полно раскрыто содержание вопросов в объеме программы и рекомендованной литературы;
-
четко и правильно даны определения и раскрыто содержание физических концептуальных понятий, закономерностей, корректно использованы научные, технические и технологические термины;
-
для доказательства использованы различные теоретические знания, выводы из наблюдений и опытов;
-
ответ самостоятельный, исчерпывающий, без наводящих дополнительных вопросов, с опорой на знания, приобретенные при изучении дисциплин специализации.
Оценка «хорошо»:
-
раскрыто основное содержание вопросов;
-
в основном, правильно даны определения понятий и использованы научные и технологические термины;
-
ответ самостоятельный;
-
определения понятий неполные, допущены нарушения последовательности изложения, небольшие неточности при использовании научных, технических и технологических терминов, которые исправляются при ответе на дополнительные вопросы экзаменаторов.
Оценка «удовлетворительно»:
-
усвоено основное содержание учебного материала, но изложено фрагментарно, не всегда последовательно;
-
определение понятий недостаточно четкие;
-
не использованы в качестве доказательства выводы из наблюдений и опытов или допущены ошибки при их изложении;
-
допущены ошибки и неточности в использовании научной, технической и технологической терминологии, в определении физического смысла исследуемого параметра.
Оценка «неудовлетворительно»:
-
ответ неправильный, не раскрыто основное содержание программного материала;
-
допущены грубые ошибки в определении понятий, физического смысла исследуемого параметра при использовании научной и технологической терминологии.
-
Не даны ответы на вспомогательные вопросы экзаменаторов.
Структура вступительного экзамена по направлению.
Материалы и методы нанотехнологии
Функциональные и конструкционные наноматериалы неорганической и органической природы; гетерогенные процессы формирования наноструктур и наноматериалов: молекулярно-лучевая эпитаксия, эпитаксия металлоорганических соединений из газовой фазы, коллоидные растворы, золь-гель технология, методы молекулярного наслаивания, электрохимические методы, сверхбыстрое охлаждение, сверхтонкие пленки металлов и диэлектриков; методы получения упорядоченных наноструктур: искусственное наноформообразование, самоорганизация при эпитаксиальном росте, методы синтеза нанокристаллов осаждением в наноструктурированные матрицы; пучковые методы нанолитографии: электронная, ионная, рентгеновская; радиационные методы формирования наноструктур: образование наноструктур при кристаллизации аморфизированных слоев, формирование квантовых точек и проволок при ионном синтезе; методы зондовой нанотехнологии; контактное и бесконтактное формирование нанорельефа поверхности подложек; локальная глубинная модификация поверхности подложек; межэлектродный массоперенос с нанометровым разрешением, модификация свойств среды в зазоре между туннельным зондом и подложкой; электрохимический массоперенос; массоперенос из газовой фазы; локальное анодное окисление; атомная структура и микромеханика нанотрубок на подложках.
Вопросы вступительных испытаний:
-
Особенности кристаллических решёток наноматериалов.
-
Тетроэдрические п/п наноструктуры.
-
Принципы построения кластеров.
-
Углеродные нанотрубки.Природа химических связей.
-
Углеродные нанокластеры.Фуллерен:атомная структура и свойства
-
Неуглеродные шарообразные молекулы. Углеродные нанотрубки.Атомная структура и свойства.
-
Получение углеродных наноструктур методом лазерного испарения.
-
Метод углеродной дуги.
-
Метод осаждения из газовой фазы.
-
Области применения углеродных нанотрубок.Углеродные нанотрубки, как экраны электромагнитного излучения.
-
Нанотрубки в технологии топливных элементов.
-
Нанотрубки -как химические сенсоры. Нанотрубки как катализатор химических реакций.
-
Объёмные наноструктурированные материалы и их классификация. Методы синтеза объёмных наноструктурированных материалов.
-
Метод компактирования.
-
Метод сверхбыстрого охлаждения. Метод спинингования.
-
Метод газовой атомизации.
-
Особенности механических и электрических свойств наноструктурированных объемных материалов.
-
Магнитные свойства наноструктурированных объемных материалов.
-
Матричный синтез сверхрешёток. Типы и свойства матриц и способы их кодирования.
-
Физико-химические основы метода МПЭ.
-
Основные принципы технологической реализации МПЭ.
-
Кинетика процесса роста гетероструктур в МПЭ.
-
Физико-химические основы метода Ленгмюра-Блоджет. Особенности технологической реализации метода Ленгмюра-Блоджет.
-
Базовые принципы золь-гель технологии. Технологическая схема реализации золь-гель технологии.
-
Особенности технологии получения нанопористых кремниевых структур методом электрохимического травления.
Основная литература
1. Нанотехнологии. Физика. Процессы. Диагностика. Приборы. // Под редакцией В.В. Лучинина, Ю.М. Таирова. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2006 – 551с.
2. Старостин В.В. Материалы и методы нанотехнологии: Учебное пособие3. Нанотехнологии в электронике // Под редакцией члена – корреспондента РАН Ю.А. Чаплыгина. Москва, Техносфера, 2005 – 446с.
4. Ч. Пул – мл., Ф. Оуэнс // Мир материалов и технологий «Нанотехнологии» // Москва, Техносфера, 2006 – 336с.
5. Харрис П. Мир материалов и технологий. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. М.:Техносфера, 2006-412с.
6. Гаев, Д. С., Мустафаев Г.А., Панченко В. А. Лабораторный практикум по курсу «Компьютерное моделирование, расчет и проектирование наносистем». – Нальчик, Каб.-Балк. ун-т, 2007. с.45. илл. 10
Дополнительная литература
1. Р.А. Андриевский, А.В. Рагуля. Наноструктурные материалы. М.: Академия, 2005.
2. Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. М.: Физматлит. 2000. 224 C.
3. Суздалев И.П., Суздадев П.И. Нанокластеры и нанокластерные системы. // Успехи Химии. 2001. Т.70. №.3. С.203-240.
4. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир. 1979. 568 C.
5. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии.-М: Химия, 1984.-368с.
Физика конденсированного состояния
Симметрия и структура кристаллов; обратная решетка; уравнение Шредингера в периодическом потенциале; блоховская волновая функция; энергетические зоны; классификация кристаллов на металлы, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной теории; носители заряда в полупроводниках и металлах и модель газа свободных и независимых электронов; кинетические процессы в электронном газе; плазменные колебания и плазмоны; скин-эффект; квантовый электронный газ; энергия и поверхность Ферми; эффективная масса носителей заряда; дырки - носители заряда в валентной зоне полупроводников; колебания кристаллической решетки и фононы; теплоемкость решетки; тепловое расширение и теплопроводность; локальное поле и диэлектрическая проницаемость; механизмы поляризуемости кристаллов; оптические свойства ионных кристаллов; поляритоны; пироэлектрики и сегнетоэлектрики; парамагнетики и диамагнетики; обменное взаимодействие; ферромагнетики и антиферромагнетики; спиновые волны; концепция квазичастиц; фазовые переходы и дальний порядок; классические и квантовые жидкости; сверхтекучесть; сверхпроводимость и эффект Мейсснера; сверхпроводники I и II рода; теория Гинзбурга-Ландау; квантование потока в сверхпроводниках; эффект Джозефсона; микроскопическая теория сверхпроводимости Бардина-Купера-Шриффера; тепловые и радиационные точечные дефекты в кристаллах; механизмы диффузии; дислокации; элементы теории упругости, тензоры деформаций и напряжений; жидкие кристаллы; полимеры.
Вопросы вступительных испытаний:
-
Элементы симметрии кристаллических многогранников: плоскость симметрии, ось симметрии, центр симметрии.
-
Кристаллографические категории и сингонии.
-
Символы узлов (точек), рядов (направлений) и граней(плоскостей) в кристаллическом многограннике.
-
Элементы симметрии кристаллических структур. Решетки Бравэ.
-
Обратная решетка. Основные свойства обратной решетки. Основные формулы структурной кристаллографии.
-
Атомные и ионные радиусы. Координационные числа и координационные многогранники.
-
Классификация дефектов. Дефекты по Френкелю и Шоттки
-
Дислокации.
-
Основной закон кристаллофизики (принцип Неймана). Принцип суперпозиций симметрии (принцип Кюри).
-
Метод Дебая - Шеррера.
-
Скалярные и векторные физические свойства кристаллов.
-
Пироэлектрический эффект. Пироэлектрические коофициенты.
-
Индицирование дебаеграмм.
-
Метод вращения и колебания кристалла.
-
Основные свойства обратной решетки.
-
Диэлектрические свойства кристаллов.
-
Магнитные свойства кристаллов. Тензоры диэлектрической и магнитной проницаемостей.
-
Решетки Бравэ.
-
Тензор механических напряжений и деформаций. Антисимметричные тензоры.
-
Прямой и обратный пьезоэлектрические эффекты.
-
Упругие свойства кристаллов.
-
Методы Лауэ. Определение ориентировки и симметрии кристаллов.Метод вращения и колебания кристалла.
-
Метод Дебая - Шеррера. Индицирование дебаеграмм. Фазовый анализ.
-
Просвечивающая Электронная микроскопия. Устройство и принцип действия просвечивающего электронного микроскопа.
-
Растровая электронная микроскопия.
Основная литература
-
Сиротин Ю.И., Шаскольская М.П. “Основы кристаллофизики”, М., 1979, Наука.
-
Шаскольская М.П. “Кристаллография”, М., Высшая школа, 1976.
-
Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. М. Высшая школа, 1988.
Дополнительная литература
-
Ашкрофт Н., Мэрмин Физика твердого тела. 1 и 2 том, М. Мир. 1979
-
Китель Г. Физика твердого тела. М. Наука. 1978.
-
Уманский Я.С. и др. “Кристаллография, рентгенография, электронная микроскопия”, М., Металлургия, 1982.
Элементы и приборы наноэлектроники
Полевые нанотранзисторы: механизмы токопереноса, теоретические и технологические пределы уменьшения размеров; приборы на основе композиционных гетероструктур; модулированное легирование; δ- легированние гетероструктуры; кулоновская блокада туннелирования и одноэлектроника; энергозависимые ячейки памяти; резонансно-туннельные диоды и схемы на их основе, приборы на основе молекулярных проводников; спинтроника; магниточувствительные элементы в системах записи считывания информации, энергозависимые ячейки памяти, спиновые клапаны, элементы на основе спинзависящего туннелирования; квантовые проводники, электронные квантовые интерферометры; принципы организации нанокомпьютеров; квантовые клеточные автоматы; физические методы параллельной обработки информации; вычислители на основе ДНК, искусственные нейронные сети; перспективная элементная база квантовых компьютеров.
Вопросы вступительных испытаний:
-
Развитие кремниевой микроэлектроники. Законы Мура
-
Эволюция микроэлектронных приборов. Принцип двойной диффузии и пропорциональной микроминиатюризации
-
Технологические факторы, ограничивающие микроминиатюризацию
-
Физические явления, ограничивающие микроминиатюризацию
-
Характеристические данные в мезоскопических системах.
-
Баллистический транспорт носителей заряда.
-
Квантовые ямы, проволоки и точки
-
Свойства неограниченного кристалла (3D-электронного газа)
-
Энергетический спектр квантовой ямы (2D-электронного газа)
-
Электронный газ в квантовой проволоке (1D-электронного газа)
-
Электронный газ в квантовой точке (0D-электронного газа)
-
Структуры с квантовым ограничением за счет внутреннего электрического поля. Квантовые колодцы(ямы)
-
Модуляционно-легированные структуры
-
Дельта- легированные структуры
-
Структуры с квантовым ограничением за счет внешнего электрического поля. Металл-окисел-полупроводник-транзисторы(MOSFET)
-
Структуры с расщепленным затвором
-
Сверхрешетки. Энергетические диаграммы сверхрешеток.
-
Энергетический спектр электронов и свойства электронного газа в сверхрешетках
-
Устройства на основе сверхрешеток. Инфракрасные фотоприемники
-
Процессы переноса в наноструктурах в электрических полях. Процессы переноса в наноструктурах в электрических полях. Продольный перенос горячих электронов
-
Поперечный перенос. Резонансное туннелирование
-
Квантовый перенос в наноструктурах. Кулоновская блокада
-
Электронные приборы на наноструктурах. Модуляционно- легированные полевые транзисторы (MODFET)
-
Транзисторы на горячих электронах
-
Транзисторы с резонансным туннелированием
Основная литература
-
Дж.Мартинес-Дуарт и др. Нанотехнологии для микро- и оптоэлектроники, Москва, 2007г.
-
Драгунов В.П. Основы наноэлектроники.
-
Борисенко В.Е. и др. – Наноэлектроника. Москва, Бином, 2009г.
Дополнительная литература:
-
Герасименко Н.Н. Кремний – материал наноэлектроники.
-
Щука А.А. Наноэлектроника. Москва, физматкнига, 2007г.
Процессы микро - и нанотехнологии.
Организационно - технологические основы производства изделий микро- и наноэлектроники; классификация и стандартизация базовых операций; производственная гигиена, чистота материалов и помещений; физико-химические методы очистки поверхности; оборудование и методы нанесения вещества в вакууме из молекулярных пучков; газофазное осаждение, жидкофазная эпитаксия; атомно-молекулярная сборка; оборудование и методы удаления вещества; газовое, жидкостное, ионно-плазменное травление; ориентационно-чувствительные процессы травления; оборудование и методы модифицирования вещества; процессы окисления, диффузии, ионного легирования, термического и корпускулярно-лучевого отжига; имплантография; оборудование и методы литографии; фото-, электроно- и рентгенолитография; стереолитография; нанолитография; аппаратурная и топохимическая интеграция процессов микротехнологии; самоформирование; интегрированные кластерные технологические комплексы; системный подход к управлению качеством продукции; ЕСТД и её применение; структура и функции АСУТП; оптимизация контрольно-измерительных операций; зависимость показателей качества и надежности изделий от показателей качества технологического процесса; физико-технологические и экономические ограничения интеграции и миниатюризации; эксплуатация и сервисное обслуживание микроэлектронного производства.
Вопросы вступительных испытаний:
-
Классификация процессов микро и нанотехнологии по физико-химической сущности: механический, термический, химический, корпускулярно-полевой.
-
Классификация процессов микро и нано технологии по виду процессов: нанесение, удаление, модифицирование; характеру протекания процессов: локальный, изотропный, анизотропный, селективный.
-
Чистые помещения. Источники загрязнения, способы обеспечения и поддержания чистоты.
-
Технологические среды: чистота материалов, воды, газовых сред и жидкостей. Очистка поверхности пластин.
-
Безопасность работы. Утилизация отходов в микро и нано технологиях.
-
Оборудование и методы высокотемпературного окисления кремния. Механизм роста SiO2 и кинетика окисления.
-
Оборудование и методы диффузии из газообразных, жидких и твердых источников. Распределение примесей при диффузии.
-
Физические основы ионного легирования. Пробеги и распределение пробегов ионов.
-
Разупорядочение решетки и радиационные повреждения. Отжиг дефектов.
-
Оборудование и методы ионной имплантации. Применение ионного легирования в производстве ИЭТ.
-
Классификация базовых методов литографии: фото-, рентгено-, электронолитография.
-
Литографический цикл. Резисты и способы их нанесения. Проявление и сушка. Фотошаблоны.
-
Электронно-лучевая литография.
-
Рентгено-литография. Рентгено - шаблоны.
-
Оборудование и методы нанесения вещества в вакууме из молекулярных пучков: вакуум-термическое и электронно-лучевое испарение.
-
Оборудование и методы ионно-плазменного осаждения: катодное, магнетронное распыление, плазмохимическое осаждение.
-
Оборудование и методы формирования систем металлизации.
-
Оборудование и методы осаждения из газовой фазы: получение поликристаллического кремния, оксида и нитрида кремния.
-
Реактивно-ионное травление. Механизм травления, оборудование, методы.
-
Ионное травление. Механизм травления, оборудование, методы.
-
Физико-технологические и экономические ограничения миниатюризации и интеграции.
-
Активация процессов полем и излучением. Радиационно-стимулированная диффузия.
-
Сборка микроэлектронных устройств: монтаж кристаллов, термокомпрессия, пайка выводов.
-
Герметизация микроэлектронных устройств: корпусная и бескорпусная герметизация. Сварка: контактная, под давлением, лазерная, электронно-лучевая.
-
Положение внедренных ионов в кристаллической решетке. Активация примеси.
Основная литература
-
Чистяков Ю.Д., Райнова Ю.П. Физико-химические основы технологии микроэлектроники. М., Металлургия, 1979.
-
Пичугин И.Г., Таиров Ю.М. Технология полупроводниковых приборов. М., В.Ш., 1984.
-
Аброян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И. Физические основы электронно-ионной технологии. М., В.Ш.,1984.
-
Вендик С.Г., Горин Ю.Н., Попов В.Ф. Корпускулярно-фотонная технология. М., В.Ш., 1984.
-
Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М., В.Ш., 1986.
-
Бер А.Ю., Минсор О.Е. Сборка полупроводниковых приборов и интегральных схем. М., В.Ш., 1986.
Компьютерное моделирование, расчет и проектирование
наносистем
Физико-математические модели объектов наноэлектроники; энергетический спектр систем пониженной размерности в электрическом и магнитном полях, транспортные явления в гетероструктурах и квантовых проводниках, диффузионно-дрейфовая модель, кинетическое уравнение, метод молекулярной динамики, уравнения квантовой динамики, численные методы квантовой химии; метод функционала плотности; математические модели роста наноструктур; методы численного анализа задач наноэлектроники и нанотехнологии; моделирование магнитной наноструктуры и спин-зависящего туннелирования; моделирование характеристик одноэлектронных транзисторов; компьютерная реализация моделирования наносистем; профессиональные пакеты микро- и наноэлектроники, квантовой химии; математические пакеты; графические библиотеки; алгоритмы параллельных вычислений при работе на много процессорных суперкомпьютерах; архитектура параллельных процессов, их аппаратная и программная реализация.
Вопросы вступительных испытаний:
-
Одноэлектронные приборы.
-
Основы одноэлектроники.
-
Эквивалентные схемы туннельного перехода.
-
Моделирование кремниевых ПТ.
-
Структура МДП – нанотранзистора на КНИ.
-
Процесс формирование контактных слоев.
-
Процесс создания МДП – нанотранзистора.
-
Контактные слои для нанотранзистора.
-
Модели роста пленки Si3N4.
-
Модели фотолитографических процессов.
-
Это процессия формирования Si3N4.
-
Барьерные слой для медного металлизации.
-
Перспективы развития технологии КНИ.
-
Электрическое поле на границе Si/SiO2.
-
Моделирование характеристик ПТ.
-
Моделирование процессов осаждения Si3N4.
-
Особенности формирования планарных границ раздела.
-
Модель реактора идеального смешивания.
-
Формирование низко…..слойных пленок TiN.
-
Кремниевый нанотранзистор.
-
Параметры учитывающие программой моделирование ПТ.
-
Последовательность процессов роста Si3N4.
-
Коррекция топологии фото…..блока.
-
Этапы формирования нанотранзистор.
-
Атомистическое моделирование процессов осаждения.
Основная литература
-
Квантовые компьютеры, микро- и наноэлектроника/ под ред. Орликовский А.А. М.: Наука, 2005г., 415с.
-
Нанотехнология: физика, процессы, диагностика, приборы/ под ред. Лучинина В.В., Таирова Ю.М. М.: 2006г., 552с.
-
Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: 2005г, 416с.
-
Ч. Пул – мл., Ф. Оуэнс // «Нанотехнология» // М.: 2005г., 196с.
-
Моделирование элементов и технологических процессов /под. ред. П. Антонетти, Р.Даттона. М: 1989г., 236с.