Закреплена за кафедрой | Кафедра физической и неорганической химии |
---|---|
Направление подготовки | 04.05.01. специальность Фундаментальная и прикладная химия |
Специализация | Фундаментальная и прикладная химия |
Форма обучения | Очная |
Общая трудоемкость | 6 ЗЕТ |
Учебный план | 04_05_01_ФиПХ-5-2020 |
|
|
Распределение часов по семестрам
Курс (семестр) | 4 (8) | Итого | ||
---|---|---|---|---|
Недель | 20 | |||
Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
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 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра физической и неорганической химии
Протокол от г. №
Заведующий кафедрой Безносюк С.А. д.ф.-м.н., профессор
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. |
---|
Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.02.02 |
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 |
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 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, 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 | ОПК-3, ПК-2 | 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 | ОПК-3, ПК-2 | 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 | ОПК-3, ПК-2 | 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 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
2.2. | Статистика электронов в полупроводнике. Функция распределения Ферми-Дирака. | Сам. работа | 8 | 3 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
2.3. | Расчет критериальных параметров вырождения для кристаллов с различной зонной структурой | Практические | 8 | 4 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
2.4. | Подготовка к семинару по теме "Расчет критериальных параметров вырождения для кристаллов с различной зонной структурой" | Сам. работа | 8 | 6 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
2.5. | Определение ширины запрещенной зоны полупроводника термическим методом | Лабораторные | 8 | 6 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
2.6. | Подготовка к лабораторной работе по теме "Определение ширины запрещенной зоны полупроводника термическим методом" | Сам. работа | 8 | 6 | ОПК-3, ПК-2 | 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 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
3.2. | Температурная зависимость удельной электропроводности. | Сам. работа | 8 | 6 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
3.3. | Температурная зависимость удельной электропроводности. | Практические | 8 | 4 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
3.4. | Температурная зависимость удельной электропроводности. | Сам. работа | 8 | 4 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
3.5. | Определение удельного сопротивления пленок и кристаллов 4-х зондовым методом | Лабораторные | 8 | 6 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
3.6. | Подготовка к лабораторной работе по теме "Определение удельного сопротивления пленок и кристаллов 4-х зондовым методом" | Сам. работа | 8 | 6 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
3.7. | Определение термической ширины запрещённой зоны | Лабораторные | 8 | 4 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
3.8. | Подготовка к лабораторной работе «Определение термической ширины запрещённой зоны | Сам. работа | 8 | 6 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
Раздел 4. Гальваномагнитные явления | ||||||
4.1. | Эффект Холла. Случай ограниченного кристалла. Вычисление концентрации и знака носителей | Лекции | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
4.2. | Эффект Холла. Случай ограниченного кристалла. Вычисление концентрации и знака носителей | Сам. работа | 8 | 6 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
4.3. | Эффект Холла. Случай ограниченного кристалла. Вычисление концентрации и знака носителей | Практические | 8 | 4 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1 |
4.4. | Определение концентрации носителей методом Холла | Лабораторные | 8 | 8 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
4.5. | Эффект Гаусса. Зависимость подвижности от напряженности магнитного поля | Лекции | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
4.6. | Эффект Гаусса. Зависимость подвижности от напряженности магнитного поля | Сам. работа | 8 | 5 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
Раздел 5. Теплопроводность полупроводников | ||||||
5.1. | Перенос тепловой энергии в полупроводниках. Эффекты Пельтье, Зеебека, Томсона. | Лекции | 8 | 4 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
5.2. | Перенос тепловой энергии в полупроводниках. Эффекты Пельтье, Зеебека, Томсона. | Сам. работа | 8 | 4 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
5.3. | Перенос тепловой энергии в полупроводниках. Эффекты Пельтье, Зеебека, Томсона. | Практические | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
5.4. | Термо-э.д.с. | Сам. работа | 8 | 3 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
Раздел 6. Оптические свойства | ||||||
6.1. | Виды поглощения. Спектральные свойства. Фотоэлектрические явления. Фоторезистивный эффект | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
6.2. | Виды поглощения. Спектральные свойства. Фотоэлектрические явления. Фоторезистивный эффект | Сам. работа | 8 | 3 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
6.3. | Виды поглощения. Спектральные свойства. Фотоэлектрические явления. Фоторезистивный эффект | Практические | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
6.4. | ФГМ, Эффект Дембера | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
6.5. | ФГМ, Эффект Дембера | Сам. работа | 8 | 4 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
6.6. | ФГМ, Эффект Дембера | Практические | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
Раздел 7. Контактные явления | ||||||
7.1. | Контакт Металл-полупроводник. Возникновение потенциального барьера на контакте | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
7.2. | Контакт Металл-полупроводник. Возникновение потенциального барьера на контакте | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
7.3. | Контакт Металл-полупроводник. Возникновение потенциального барьера на контакте | Практические | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
7.4. | Р-п переход | Лекции | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
7.5. | Р-п переход | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
7.6. | Р-п переход | Практические | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-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 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1 |
8.2. | Равновесная концентрация дефектов по Шоттки. Теоретический предел совершенства. | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1 |
8.3. | Равновесная концентрация дефектов по Шоттки. Теоретический предел совершенства | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1 |
8.4. | Расчёт степени совершенства для кристаллов разных типов | Практические | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1 |
8.5. | Сложные дефекты, взаимодействие дефектов. Собственное равновесие в кристалле. Гомогенное равновесие. Равновесие пар – кристалл. Фазы переменного состава. | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1 |
8.6. | Собственное равновесие в кристалле. Гомогенное равновесие | Практические | 8 | 3 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1 |
8.7. | Подготовка к практическому занятию по теме " Собственное равновесие в кристалле. Гомогенное равновесие " | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1 |
8.8. | Методы очистки. Физико-химические методы. Специальные методы. Метод кристаллизации. Коэффициент распределения. Метод направленной кристаллизации. Зонная плавка. | Лекции | 8 | 4 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1 |
8.9. | Подготовка к практическому занятию по теме " Метод кристаллизации. Коэффициент распределения. Метод направленной кристаллизации. Зонная плавка " | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1 |
8.10. | Метод кристаллизации. Коэффициент распределения. Метод направленной кристаллизации. Зонная плавка | Лабораторные | 8 | 4 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1 |
8.11. | Методы синтеза кристаллов. Синтез из нелетучих компонентов, синтез с летучим компонентом, химические методы синтеза. | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1 |
8.12. | Методы синтеза кристаллов. Синтез из нелетучих компонентов, синтез с летучим компонентом, химические методы синтеза | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1 |
8.13. | Методы синтеза кристаллов. Синтез из нелетучих компонентов, синтез с летучим компонентом, химические методы синтеза | Практические | 8 | 1 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.2 |
8.14. | Выращивание монокристаллов. Выращивание из расплавов, выращивание из растворов, химические методы синтеза. Термодинамическая теория роста кристаллов. Критический размер зародыша. | Лекции | 8 | 1 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
8.15. | Выращивание монокристаллов. Выращивание из расплавов, выращивание из растворов, химические методы синтеза. Термодинамическая теория роста кристаллов. Критический размер зародыша. | Сам. работа | 8 | 2 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
8.16. | Выращивание монокристаллов. Выращивание из расплавов, выращивание из растворов, химические методы синтеза. Термодинамическая теория роста кристаллов. Критический размер зародыша. | Лабораторные | 8 | 4 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
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 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
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 | ОПК-3, ПК-2 | Л1.1, Л1.2 |
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 |
6.1. 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 | |
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/ |
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. |