МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Физико-химия конденсированного состояния

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра физической и неорганической химии
Направление подготовки04.05.01. специальность Фундаментальная и прикладная химия
СпециализацияФундаментальная и прикладная химия
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость6 ЗЕТ
Учебный план04_05_01_ФиПХ-2-2019
Часов по учебному плану 216
в том числе:
аудиторные занятия 100
самостоятельная работа 89
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 8

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 4 (8) Итого
Недель 21
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 32 32 32 32
Лабораторные 32 32 32 32
Практические 36 36 36 36
Сам. работа 89 89 89 89
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 216 216 216 216

Программу составил(и):

Рецензент(ы):

Рабочая программа дисциплины
Физико-химия конденсированного состояния

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по специальности 04.05.01 Фундаментальная и прикладная химия (уровень подготовки кадров высшей квалификации). (приказ Минобрнауки России от 12.09.2016г. №1174)

составлена на основании учебного плана:
04.05.01 Фундаментальная и прикладная химия
утвержденного учёным советом вуза от 25.06.2019 протокол № 9.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра физической и неорганической химии

Протокол от г. №
Срок действия программы: - уч. г.

Заведующий кафедрой
Безносюк С.А. д.ф.-м.н., профессор


Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2019-2020 учебном году на заседании кафедры

Кафедра физической и неорганической химии

Протокол от г. №
Заведующий кафедрой Безносюк С.А. д.ф.-м.н., профессор


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Цель преподавания дисциплины: научить студентов осознано и корректно применять современные модельные представления о взаимосвязи между физическими свойствами, электронной и пространственной структурой кристаллов и жидкостей, применению современных и оригинальных методов исследования веществ основанные на физико-химических измерениях.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.01.02

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-3 способностью использовать теоретические основы фундаментальных разделов математики и физики в профессиональной деятельности
ПК-2 владением навыками использования современной аппаратуры при проведении научных исследований
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.Об особенности проявления свойств вещества в конденсированном состоянии;
Физике твердого состояния(электронные и топологические особенности);
Физико-химических, механических и электрофизических свойствах веществ в кристаллическом и аморфном состоянии.
Теорию процессов кристаллизации и закономерности их описывающие
3.2.Уметь:
3.2.1.Знать зонную теорию твердого тела, понятия разрешенная, запрещенная зона, электрон и дырка подвижность, эффективная масса электрона, способы определения концентрации и типа носителей, представления о границе металл – кристалл и её свойствах
уметь определять термическую и оптическую ширину запрещенной зоны, подвижность и концентрацию носителей, высоту потенциального барьера контакта Ме-пп. Вычислять распределение концентрации примеси в кристалле в результате направленной кристаллизации и зонной плавки.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.Расчета электропроводности, ширины запрещенной зоны, высоты барьера на границе МЕ-пп и p-n перехода, монтажа установок для таких измерений.
Вычисления концетрации примеси в результате направленной кристаллизации и\или зонной плавки

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Зонная теория твердого тела.
1.1. Приближение Кронига-Пени. Преодоление потенциального барьера. Уравнение Шредингера для плоской волны. Прозрачность потенциального барьера. Решение для случая свободного, связанного и сильно связанного электрона. Граничные условия Борна-Кармана. Расщепление уровней в кристалле, образование зон. Дефекты кристаллической решетки. Точечные, линейные, плоскостные, объемные. Влияние дефектов на свойства полупроводников. Лекции 8 2 Л1.1, Л1.3, Л1.2
1.2. Расщепление уровней в кристалле, образование зон. Дефекты кристаллической решетки. Точечные, линейные, плоскостные, объемные. Влияние дефектов на свойства полупроводников Сам. работа 8 4 Л1.1, Л1.2
1.3. Расщепление уровней в кристалле, образование зон. Дефекты кристаллической решетки. Точечные, линейные, плоскостные, объемные. Влияние дефектов на свойства полупроводников Практические 8 3 Л1.1, Л1.2
1.4. Уравнение Шредингера. Волна де Бройля. Вывод вида оператора Гамильтона. Приближения, используемые при решении уравнения Шредингера. Адиабатическое приближение. Метод самосогласованного поля, одноэлектронное приближение. Выбор вида функции при решении уравнения Шредингера. Сам. работа 8 4 Л1.3, Л1.2
1.5. Уравнение Шредингера. Волна де Бройля. Вывод вида оператора Гамильтона. Приближения, используемые при решении уравнения Шредингера. Практические 8 3 Л1.1, Л1.2
Раздел 2. Статистика электронов и дырок в полупроводнике
2.1. Вывод зависимости плотности состояний на дне зоны проводимости. Концентрация в полупроводнике электронов и дырок. Вывод зависимости концентрации носителей от энергии. Концентрация носителей в собственном полупроводнике. Концентрация носителей в области примесной проводимости. Температурная зависимость концентрации носителей. Концентрация электронов в металлах и вырожденных полупроводниках. Критерий вырождения. Лекции 8 3 Л1.2
2.2. Статистика электронов в полупроводнике. Функция распределения Ферми-Дирака. Сам. работа 8 3 Л1.2
2.3. Расчет критериальных параметров вырождения для кристаллов с различной зонной структурой Практические 8 4 Л1.2
2.4. Подготовка к семинару по теме "Расчет критериальных параметров вырождения для кристаллов с различной зонной структурой" Сам. работа 8 6 Л1.2
2.5. Определение ширины запрещенной зоны полупроводника термическим методом Лабораторные 8 6 Л1.2
2.6. Подготовка к лабораторной работе по теме "Определение ширины запрещенной зоны полупроводника термическим методом" Сам. работа 8 6 Л1.2
Раздел 3. Электропроводность полупроводников
3.1. Дрейфовая скорость. Время релаксации. Подвижность. Перенос носителей по зоне. Вывод общего уравнения для плотности тока. Рассеяние носителей. Механизм рассеяния. Лекции 8 6 Л1.1, Л1.2
3.2. Температурная зависимость удельной электропроводности. Сам. работа 8 6 Л1.3, Л1.2
3.3. Температурная зависимость удельной электропроводности. Практические 8 4 Л1.2
3.4. Температурная зависимость удельной электропроводности. Сам. работа 8 4 Л1.2
3.5. Определение удельного сопротивления пленок и кристаллов 4-х зондовым методом Лабораторные 8 6 Л1.2
3.6. Подготовка к лабораторной работе по теме "Определение удельного сопротивления пленок и кристаллов 4-х зондовым методом" Сам. работа 8 6 Л1.2
3.7. Определение термической ширины запрещённой зоны Лабораторные 8 4 Л1.3, Л1.2
3.8. Подготовка к лабораторной работе «Определение термической ширины запрещённой зоны Сам. работа 8 6 Л1.3, Л1.2
Раздел 4. Гальваномагнитные явления
4.1. Эффект Холла. Случай ограниченного кристалла. Вычисление концентрации и знака носителей Лекции 8 2 Л1.1, Л1.2
4.2. Эффект Холла. Случай ограниченного кристалла. Вычисление концентрации и знака носителей Сам. работа 8 6 Л1.1, Л1.2
4.3. Эффект Холла. Случай ограниченного кристалла. Вычисление концентрации и знака носителей Практические 8 4 Л1.1
4.4. Определение концентрации носителей методом Холла Лабораторные 8 8 Л1.1, Л1.2
4.5. Эффект Гаусса. Зависимость подвижности от напряженности магнитного поля Лекции 8 2 Л1.1, Л1.2
4.6. Эффект Гаусса. Зависимость подвижности от напряженности магнитного поля Сам. работа 8 5 Л1.1, Л1.2
Раздел 5. Теплопроводность полупроводников
5.1. Перенос тепловой энергии в полупроводниках. Эффекты Пельтье, Зеебека, Томсона. Лекции 8 4 Л1.1, Л1.2
5.2. Перенос тепловой энергии в полупроводниках. Эффекты Пельтье, Зеебека, Томсона. Сам. работа 8 4 Л1.1, Л1.2
5.3. Перенос тепловой энергии в полупроводниках. Эффекты Пельтье, Зеебека, Томсона. Практические 8 2 Л1.1, Л1.2
5.4. Термо-э.д.с. Сам. работа 8 3 Л1.2
Раздел 6. Оптические свойства
6.1. Виды поглощения. Спектральные свойства. Фотоэлектрические явления. Фоторезистивный эффект Лекции 8 1 Л1.1, Л1.2
6.2. Виды поглощения. Спектральные свойства. Фотоэлектрические явления. Фоторезистивный эффект Сам. работа 8 3 Л1.1, Л1.2
6.3. Виды поглощения. Спектральные свойства. Фотоэлектрические явления. Фоторезистивный эффект Практические 8 2 Л1.1, Л1.2
6.4. ФГМ, Эффект Дембера Лекции 8 1 Л1.1, Л1.2
6.5. ФГМ, Эффект Дембера Сам. работа 8 4 Л1.1, Л1.2
6.6. ФГМ, Эффект Дембера Практические 8 2 Л1.1, Л1.2
Раздел 7. Контактные явления
7.1. Контакт Металл-полупроводник. Возникновение потенциального барьера на контакте Лекции 8 1 Л1.1, Л1.2
7.2. Контакт Металл-полупроводник. Возникновение потенциального барьера на контакте Сам. работа 8 2 Л1.1, Л1.2
7.3. Контакт Металл-полупроводник. Возникновение потенциального барьера на контакте Практические 8 2 Л1.1, Л1.2
7.4. Р-п переход Лекции 8 2 Л1.1, Л1.2
7.5. Р-п переход Сам. работа 8 2 Л1.1, Л1.2
7.6. Р-п переход Практические 8 2 Л1.1, Л1.2
Раздел 8. Термодинамика реальных кристаллов
8.1. Классификация по составу: элементарные, двойные, тройные. Признаки полупроводниковых свойств. Равновесная концентрация дефектов по Шоттки. Теоретический предел совершенства Лекции 8 1
8.2. Равновесная концентрация дефектов по Шоттки. Теоретический предел совершенства. Сам. работа 8 2
8.3. Равновесная концентрация дефектов по Шоттки. Теоретический предел совершенства Сам. работа 8 2
8.4. Расчёт степени совершенства для кристаллов разных типов Практические 8 2
8.5. Сложные дефекты, взаимодействие дефектов. Собственное равновесие в кристалле. Гомогенное равновесие. Равновесие пар – кристалл. Фазы переменного состава. Лекции 8 1
8.6. Собственное равновесие в кристалле. Гомогенное равновесие Практические 8 3
8.7. Подготовка к практическому занятию по теме " Собственное равновесие в кристалле. Гомогенное равновесие " Сам. работа 8 2
8.8. Методы очистки. Физико-химические методы. Специальные методы. Метод кристаллизации. Коэффициент распределения. Метод направленной кристаллизации. Зонная плавка. Лекции 8 4
8.9. Подготовка к практическому занятию по теме " Метод кристаллизации. Коэффициент распределения. Метод направленной кристаллизации. Зонная плавка " Сам. работа 8 2
8.10. Метод кристаллизации. Коэффициент распределения. Метод направленной кристаллизации. Зонная плавка Лабораторные 8 4
8.11. Методы синтеза кристаллов. Синтез из нелетучих компонентов, синтез с летучим компонентом, химические методы синтеза. Лекции 8 1
8.12. Методы синтеза кристаллов. Синтез из нелетучих компонентов, синтез с летучим компонентом, химические методы синтеза Сам. работа 8 2
8.13. Методы синтеза кристаллов. Синтез из нелетучих компонентов, синтез с летучим компонентом, химические методы синтеза Практические 8 1
8.14. Выращивание монокристаллов. Выращивание из расплавов, выращивание из растворов, химические методы синтеза. Термодинамическая теория роста кристаллов. Критический размер зародыша. Лекции 8 1
8.15. Выращивание монокристаллов. Выращивание из расплавов, выращивание из растворов, химические методы синтеза. Термодинамическая теория роста кристаллов. Критический размер зародыша. Сам. работа 8 2
8.16. Выращивание монокристаллов. Выращивание из расплавов, выращивание из растворов, химические методы синтеза. Термодинамическая теория роста кристаллов. Критический размер зародыша. Лабораторные 8 4
8.17. Подготовка к семинару по теме " Выращивание монокристаллов. Выращивание из расплавов, выращивание из растворов, химические методы синтеза. Термодинамическая теория роста кристаллов. Критический размер зародыша. " Сам. работа 8 3
8.18. Практическое занятие " Выращивание монокристаллов. Выращивание из расплавов, выращивание из растворов, химические методы синтеза. Термодинамическая теория роста кристаллов. Критический размер зародыша." Практические 8 2

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
в приложении

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Кнотько А.В., Пресняков А.В., Третьяков Ю.Д. Химия твердого тела: Основная литература Академия, 2006
Л1.2 К.В. Шалимова Физика полупроводников : СПб.: Изд-во "Лань" , 2010
Л1.3 Г.И. Епифанов Физика твердого тела: СПб.: Изд-во "Лань" , 2011
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 http://e.lanbook.com
Э2 http://www.rsl.ru
Э3 http://ben.irex.ru
Э4 http://www.gpntb.ru
Э5 http://ban.pu.ru
Э6 http://www.nlr.ru
Э7 http://www.elibrary.ru
Э8 http://www.chem.msu.su
Э9 http://www.lib.msu.su
Э10 http://www.kge.msu.ru
Э11 http://www.lib.asu.ru
Э12 http://www.chem.port.ru/
Э13 http://www.pstlib.nsc.ru/
Э14 http://www.cnews.ru/news/top/index.shtml?2006/01/23/194820_2
Э15 http://www.lsbu.ac.uk/water/magnetic.html#bf
Э16 http://www.navolne.ru/w_info2.htm
Э17 http://infokonstruktor.ru/tehnologii/voda.htm#anchor002
Э18 http://www.magshells.com/history.html
6.3. Перечень программного обеспечения
• Операционная система (Microsoft Windows и др.).
• Офисные приложения (Microsoft Office Word, Exel, PowerPoint и др.).
6.4. Перечень информационных справочных систем
1. http://www.chem.asu.ru/
2. http://www.chem.port.ru/
3. http://www.ars.org/portalchemistry/
4. http://www.pstlib.nsc.ru/
5. http://www.e.lanbook.com/
6. http://www.lib.asu.ru/

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Индивидуальная работа – самостоятельное исследование избранной темы, выполняемое в течение семестра под руководством преподавателя с целью развития творческих способностей, углубленного изучения какого-либо вопроса (темы, раздела) дисциплины. Сообщение в виде доклада по теме, проект – это творческая работа, выполненная самостоятельно при подготовке защите индивидуальной работы. Цели данного вида деятельности заключается в расширении и закреплении знаний, получаемых в ходе изучения дисциплины, выработке умения самостоятельно собирать материал по избранной теме, анализировать его, делать выводы и формулировать собственную позицию, приобщения к исследовательской деятельности, развития креативности (творчество), эстетического вкуса, инициативности, логического мышления.
Завершением творческой деятельности является создание продукта, который необходимо публично защищать на занятии по дисциплине (на защиту отводится 5-10 минут). Работа может быть представлена в виде мультимедийной презентации, видеоролика, аналитического доклада с иллюстративными материалами. Подготовка реферата, проекта, доклада проводится в несколько этапов.
Организационно – подготовительный этап включает выбор и согласование темы с преподавателем. Студентам предоставляется право свободного выбора. В связи с выбранной темой необходимо сформулировать цели и задачи работы. Формулируя цель, следует помнить, что цель – это предполагаемый и желаемый результат, а задачи – конкретные пути её достижения.
Далее необходимо составить план работы. После того, как тема выбрана и утверждена, составляется предварительный план, представляющий собой перечень наиболее важных вопросов темы и видов деятельности. План необходим для определения основных направлений исследования и сбора материала. Предварительный план согласовывается с преподавателем. В процессе работы план корректируется и уточняется.
Работа с литературой включает в себя: а) отбор и изучение литературы по теме б) сбор материала, его изучение, анализ и обобщение. При чтении книг, статей и др. необходимый материал фиксируется в виде: - цитирования с указанием источника информации, автора цитаты, - ксерокопий или сканирования текста, - конспектов статей. Все необходимые данные о книгах, справочниках, пособиях записываются для последующего составления списка литературы.