ИГУ На главную

Физическая химия материалов

Целью преподавания курса «Физическая химия материалов» является формирование фундаментальных знаний в области физико-химических процессов разработки материалов электронной техники и их применение для решения практических задач в области технологии получения материалов электронной техники.

Задачи дисциплины:

  • обучение студентов по всем разделам физической химии;
  • овладение фундаментальными понятиями, законами и их следствиями, применяемыми в физической химии;
  • овладение навыками в проведении физико-химических экспериментов;
  • выработка у студентов навыков самостоятельной учебной деятельности, развитие у них интереса к дальнейшей познавательной деятельности;
  • стремление студентов к изучению и применению новых компьютерных технологий. Кроме того, целью и задачами преподавания дисциплины являются ознакомление студентов с российскими национальными и международными стандартами в области физической химии материалов и процессов электронной техники.
Показать все

Кристаллы и аморфные тела. Внутренняя структура кристаллов. Виды связей между частицами в кристаллах: ионная, ковалентная, металлическая, молекулярная. Прочность химических связей. Теплота сублимации. Длина связи. Энергия связи. Коэффициент сжимаемости и линейного расширения. Температура плавления. Механические параметры. Направленность и насыщаемость химических связей.

Уравнение Шредингера. Квантовые числа. Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Распределение электронов по орбиталям. Принцип Паули, правило Хунда. Координационное число и плотность упаковки. Образование энергетических зон в кристаллах. Зонные диаграммы металлов, полупроводников и диэлектриков. Энергетические зоны валентных электронов. Плотность состояний. Уровень Ферми. Зоны Бриллюэна.

Элементарная ячейка, кристаллографические плоскости и направления. Индексы Миллера. Идеальные и реальные кристаллы.

Точечные дефекты: Дефекты Шотки, дефекты Френкеля. Миграция точечных дефектов. Антиструктурные дефекты. Ассоциации точечных дефектов (комплексы). Источники образования точечных дефектов. Влияние точечных дефектов на свойства материалов. Дислокации (Вектор Бюргерса. Типы дислокаций. Упругая энергия для дислокаций). Критерий Франка. Барьеры Пайерлса. Закон Шмидта. Взаимодействие дислокаций с точечными дефектами. Источники зарождения дислокаций. Двухмерные и трехмерные несовершенства: Внутрифазные и межфазные границы. Макро- и микронапряжения.

План лекций: Неизовалентные и изовалентные легирующие примеси, фоновые примеси. Влияние дефектов структуры на физические, химические и электрические свойства монокристаллических полупроводников. Легирование полупроводников с использованием ядерных реакций и ионных пучков.

План лекции: Движущие силы и разновидности процессов диффузии. Количественные закономерности диффузии (законы диффузии). Возможные атомные механизмы диффузии. Основные параметры диффузии и методы их определения (Уравнение Аррениуса, энергия активации диффузии). Влияние структурных несовершенств на скорость и параметры диффузии (граничная и поверхностная диффузия, самодиффузия и гетеродиффузия).

Основные определения. Виды термодинамических систем, понятие фазы, соединения и твердые растворы, сплавы). Фазовые равновесия: гетерогенные равновесия, химический потенциал, вариантность системы, равновесный коэффициент распределения, правило фаз Гиббса.

Общие сведения. Диаграммы фазовых равновесий в однокомпонентных система, построенных в координатах Р-Т и Р-Т-Х. Графическое описание фазовых равновесий: фазовые диаграммы, фазовые превращения первого и второго рода, принцип непрерывности, принцип соответствия. Уравнение Клаузиуса-Клайперона. Энантиотропные и монотропные превращения.

Правила построения фазовых диаграмм в координатах Т-Х. Диаграмы с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях. Построение и анализ диаграмм с неограниченной растворимостью по данным об изменении термодинамического потенциала. Коэффициент распределения.

Переход от неограниченной растворимости к ограниченной. Диаграммы фазовых равновесий с эвтектическим и перитектическим превращением. Диаграммы фазовых равновесий с химическими соединениями. Отклонения от равновесного состояния. Роль диаграмм фазовых равновесий при выборе условий кристаллизации и термической обработки.

Основные представления, используемые при построении диаграмм фазовых равновесий тройных систем. Тройная диаграмма фазовых равновесий системы с неограниченной растворимостью компонентов.

Тройная диаграмма фазовых равновесий системы с моновариантным (трехфазным)эвтектическим превращением. Тройная диаграмма фазовых равновесий системы, в которой реализуется нонвариантное (четырехфазное)эвтектическое превращение.

Образование и рост зародышей новой фазы. Представление о механизмах роста кристаллов из расплавов и растворов. Распределение примесей между расплавом (раствором) и растущим кристаллом. Методы выращивания монокристаллов. Выращивание монокристаллов с однородным или заданным распределением примесей. Выращивание совершенных монокристаллов. Эпитаксиальные слои, поликристаллические и аморфные пленки. Механизмы и кинетика формирования слоев пленок.