СОФИЙСКИ УНИВЕРСИТЕТ “СВ. КЛИМЕНТ ОХРИДСКИ”

                        ФИЗИЧЕСКИ ФАКУЛТЕТ

 

 

Утвърдена с Протокол на ФС  N: …../ ……..

                                    Декан:

                                    /доц. д-р Д. Мърваков/

                                   

УЧЕБНА ПРОГРАМА

ПО ДИСЦИПЛИНАТА: ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ МЕТОДИ ВЪВ ФИЗИКАТА НА ТВЪРДОТО ТЯЛО

ВКЛЮЧЕНА В УЧЕБНИЯ ПЛАН НА СПЕЦИАЛНОСТ: ФИЗИКА

СТЕПЕН НА ОБУЧЕНИЕ: БАКАЛАВЪР

КАТЕДРА: Физика на твърдото тяло и микроелектроника

ИЗВАДКИ ОТ УЧЕБНИЯ ПЛАН

Вид на занятията:

Семестър:

Хорариум-часа/
седмично:

Хорариум-часа
Общо:

Лекции

VII (V)

3

45

Семинарни упражнения

 

 

 

Практически упражнения

VII (V)

2

30

Общо часа:

VII (V)

5

75

Форма на контрол:

VII (V)

И, Т

И, Т

 

 

 

 

А. АНОТАЦИЯ

Основната цел на курса и на неразделния от него практикум е студентите да бъдат запознати с базисни експериментални методи, използвани при изследвания във физиката на твърдото тяло и същевременно да придобият определени практически умения за тяхното прилагане. Повечето от разгледаните в курса методи са основа на съответната изследователска и/или промишлена апаратура. Основно внимание е отделено на базисни експерименални методи за изследване на структурата, механичните, топлинни, електрични, оптични и акустични свойства. В достатъчен за целите на курса обем са разгледани и въпроси, свързани с получаването и използването на високи и ниски температури и методите за измерване на слаби електрични сигнали, имайки предвид цялостното им значение във физичния експеримент. Полезността от развитието на нови експериментални методи, възникнали на границата на различни области на физиката, (оптиката, топлофизиката и акустиката) е демонстрирана с ФА и ФТ методи. Разгледани са и някои основни методи за безразрушителен контрол, като е акцентирано върху физичните им основи и някои базисни техни приложения.

Структура на курса. Курсът се състои от лекции и лабораторен практикум с общ хорариум 75 часа (45 часа лекции и 30 часа лабораторни упражнения).

Лекционният материал може условно да се раздели на две равностойни части:

Част първа: Експериментални методи за изследване на микроструктурата - с хорариум 22 часа лекции

Част втора: Експериментални методи за изследване на електричните, топлинни, оптични, магнитните и акустични свойства – с хорариум 23 часа лекции.

Практикум: Към курса е предвиден и лабораторен практикум с 8 упражнения, от които студентите по избор трябва да изработят 6.

Място на курса: Той заедно с двата предхождащи препоръчителни изборни курса – “Физика на твърдото тяло” и Спецпрактикумът по ФТТ и МЕ се явяват базисни за всички останали специализиращи изборни спецкурсове в областта на физиката на твърдото тяло, а така също и за магистърската програма “Физика на твърдото тяло”. Както е показано в учебния план, препоръчителен предхождащ курс може да бъде и “Увод във физика на материалите”. 

След завършване на курса студентите: ще придобият практически умения за работа със съвременни измерителни прибори; ще могат да се ориентират във фирмената литература и да избират необходимата им апаратура; да участват в конструирането на такава; ще придобият опит в обработката и тълкуването на експериментални данни и извличане на информация от тях.

Преподаватели: Лекциите по първа и втора част от курса се четат съответно от доц. д-р И. Йорданова и доц. д-р Кл. Брънзалов от Катедрата по физика на твърдото тяло и микроелектроника. По част първа от курса има издаден университетски учебник; по част  първа и втора има подготвени лекции (записки), които се предоставят на студентите.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б. СЪДЪРЖАНИЕ НА УЧЕБНАТА ПРОГРАМА:

№

Лекции: Част първа

Брой часове

 

 

 

 

 Часове

I.

Увод в структурния анализ:

3

 

Основни понятия от кристалографията; различни начини и степени на подреденост на частиците, изграждащи материалите; сведения за симетрията и връзката й със структурния анализ; кристалографски символи и обозначения.

 

II.

Оптични металографски методи за изследване на поликристални материали

3

 

Основни положения от геометричната оптика, имащи отношение към тези анализи; основни понятия и механизми на формиране на контраста в изображенията; подготовка на пробите,  същност и реализация на методите; статистическа обработка на данните от анализа, криви на разпределение по размери; възможности на методите в сравнение с другите структурни методи; примери за връзка между микроструктурни параметри, оценявани чрез оптична металография и важни макросвойства и процеси, протичаши в материалите в различни условия.

 

III.

Специални методи за изследване на микроструктурата с оптичен микроскоп

3

 

Основни положения от вълновата оптика, имащи отношение към този вид анализи; поляризационна микроскопия на кристални и аморфни материали; интерферометрия и приложението й за изследване топографията на повърхността; високотемпературна микроскопия; основи на стереометричната металография; примери за конкретни приложения при решаване на научно-изследователски и приложни задачи.

 

IV.

Основи на рентгеноструктурния анализ

3

 

Основи на физиката на рентгеновите лъчи; рентгенови спектри, използвани в РСА; основни сведения за взаимодействието на рентгеновото лъчени с веществата; дифракция на рентгенови лъчи от кристалната решетка – уравнения на Лауе и Брег; факто-ри, влияещи върху интензитета на дифракционните максимуми.

 

V.

 Основни методи на рентгеноструктурния анализ за изследване на моно- и поликристални материали.

3

 

Метод на Дебай-Шеррер и метод на Лауе – техника на експеримента, обработка на спектрите, получавана информация, възможности и ограничения;  рентгенова дифрактометрия – същност, възможности, основни приложения

 

VI.

Основи на електронната микроскопия и други методи за изследване на структурата на атомно ниво

4

 

Трансмисионна електронна микроскопия и електонография – апаратура, подготовка на пробите, реализация на експеримента, обработка и интерпретация на данните, възможности;  сканираща електонна микроскопия и микросондов анализ на елементния състав; Оже електрони и Оже електронна спектроскопия; тунелна, атомно-силова и йонна микроскопия.

 

VII

Ядрени методи за изследване на микроструктурата

3

 

Ядрена и магнитна неутронна дифракция; гама дефектоскопия, позитронна анихилация, Ръдерфордово разсейване на a- частици, ядрени О(d,p) реакции – същност, реализация, интерпретация на експерименталните резултати, възможности, примери за конкретни приложения..

 

 

Лекции: Част втора

 

I

Методи за измерване на слаби сигнали

2

 

Метод на селективното усилване. Метод на синхронната детек-ция. Метод на броене на фотони. Матрични приемници на оптично лъчение. Примери за приложение във физиката на твърдото тяло и други области: астрономия, биология и медицина.

 

 

II

Методи за изучаване на преносни явления

4

 

Електропроводност. Измерване на специфичната проводимост при метали и диелектрици. Методи за измерване на проводи-мостта на полупроводникови материали. Сондови и безконактни методи. Ефект на Хол. Магнетосъпротивление. Обработка на експерименталните данни.

Топлинни свойства на твърдотели материали. Основни понятия. Абсолютни и сравнителни методи. ФА и ФТ методи. Определя-не на топлинните свойсва на обемни материали и тънки слоеве.

 

III

Методи за изучаване на оптичните свойства

6

 

Основни явления при взаимодействие на светлината с вещество-то. Оптични спектри. Спектрални прибори – основни характе-ристики. Методи за измерване на спектрите на поглъщане и отражение. Понятие за оптика на разсейващите среди. Методи за изучаване на луминисценцията и фотопроводимостта. Изслед-ване кинетиката на релаксационните оптични и фотоелектрични процеси.

Елипсометрия – принцип и основни съотношения. Приложение за изучаване на оптичните свойства на веществото и параметри на повърхността. Спектроскопия на нарушеното пълно вътреш-но отражение. Същност, методики и област на приложение. Понятие за плазмонна микроскопия. Модулационна спектрос-копия.

 

 

 

 

 

IV.

Методи за изучаване на магнитните свойства

2

 

Създаване и измерване на магнитни полета. Магнитен момент и физическия му смисъл. Силови и индукционни методи за измерване на магнитни моменти (магнитна възприемчивост, намагнитеност, магнитна анизотропия, доменна структура). Анализ на приложимостта на различните измерителни методи.

 

V.

Методи за изучаване на акустичните свойства

6

 

Видове акустични вълни. Основни понятия. Честотни и пространствени характеристики на акустичните преобразова-тели. Методи за генериране и детекция на обемни и повърхнини АВ. Пиезопреобразователи. Влияние на коефициента на елект-ромеханична връзка. Оптично генериране и детектиране на АВ. Основни измерителни акустични методи. Класификация. Експе-риментални проблеми. Изисквания към образците и техноло-гията на приготвянето им.

Импулсни методи за определяне на скоростта на разпрост-ранението и коефициента на поглъщане на АВ. Резонансни акустични методи. Особености при работа с повърхнинни АВ. Дифракционни и интерференчни методи. Обработка на експери-менталние данни от измерване на скоростта и коефициента на поглъщане. Примери за изотропни и анизотропни материали и физични процеси.

 

VI.

Методи за безразрушителен контрол и оценка

3

 

Ултразвукова дефектоскопия. Акустична емисия. Акустична микроскопия. Примери за приложението им във физиката на твърдото тяло. Детекция, визуализация и оценка на нееднородности и подповърхностни дефекти. ФА и ФТ микроскопия. Принцип на действие и основни харакеристики. Приложение при изследване на структурата на аморфни и композитни материали и тънкослойни защитни покрития.

 

 

ЛАБОРАТОРНИ УПРАЖНЕНИЯ

 

1.

Металографски анализ. Изследване на поликристални материали и определяне средния размер на поликристалните зърна чрез различни методи ( в това число и стандартизирани)

5

2.

Метод на Дебай-Шеррер. Идентифициране на непознато вещество. Квадратични форми и индексиране на дебайграми.

5

3.

Рентгенова дифрактометрия. Качествен фазов анализ.

 

5

4.

Изследване на топлинните параметри на материали с ФА методи

5

5.

Изследване на фотопроводимост

5

6.

Определяне на оптичните константи на материали и дебелини на тънки слоеве с елипсометрия

5

7.

Измерване на скоростта и затихването на обемни акустични вълни. Определяне на еластичните консанти в анизотропни материали.

5

8.

Изследване на процесите на фотосинтеза в биологични обекти

5

В. Форма на контрол:

Курсът завършва с изпит. Той включва писмено развиване на два въпроса от конспекта и събеседване по тях. Лабораторният практикум към курса е задължителен и завършва с оценка, след изработване на всички упражнения. Всяко лабораторно упражнение се отчита с подходящо оформен протокол. Общата оценка е сума от изпита (80 %) и пракикума (20 %). До изпита се допускат студенти, които са изработили съответните практически упражнения.

Г. Основна литература:

Към курса има издаден университетски учебник “Експериментални методи във физиката на твърдото тяло” (I част) и подготвени записки (част I и II), които се предоставят на студентите.

 

1.      А.Апостолов, Експериментални методи във ФТТ, София, Наука и изкуство, 1983.

2.      А.Апостолов, Ив. Йорданова, В.Кръстев, Наръчник по приложна рентгенография, София, Наука и изкуство, 1988 .

3.      В.Т.Бублик, А.Н.Дубровина, Методы исследования структуры полупроводников и металлов, Москва, Металлургия, 1978.

4.      Записки на лекторите по първа и втора част.

 

Д.  Допълнителна литература:             

1.      1.М. Борисов, Увод във физиката на твърдото тяло I и II част, София, Наука и изкусво, 1977.

2.      Р. Труел, Ч. Ельбаум, Б. Чик, Ультразвуковие методи в физике твердого тела, Москва, Мир, 1972.

3.      М. Борисов, К. Брънзалов и др., Повърхнини акустични вълни и някои техни приложения, София, БАН, 1980.

 

 

Дата: 22.03.2004 г.                                        Съставили програмата:

 

/доц. д-р И. Йорданова/

 

/доц. д-р Кл. Брънзалов./