Рабочая программа наименование дисциплины - umotnas.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Рабочая программа наименование дисциплины История зарубежной литературы... 2 458.14kb.
Рабочая программа наименование дисциплины Современный литературный... 1 342.51kb.
Рабочая программа наименование дисциплины : Технология программирования 1 156.16kb.
Рабочая программа наименование дисциплины Возрастная физиология и... 3 420.64kb.
Рабочая программа Архитектура вычислительных систем наименование... 1 182.45kb.
Рабочая программа наименование дисциплины: Новые информационные технологии 1 105.75kb.
Рабочая учебная программа наименование дисциплины психология специальность... 3 435.83kb.
Рабочая программа учебной дисциплины «иностранный язык» наименование... 1 290.12kb.
Рабочая программа Учебная дисциплина Поведенческая экология. 1 150.02kb.
Рабочая программа учебной дисциплины история экономических учений... 1 301kb.
Рабочая программа Наименование дисциплины «Прикладная механика» 1 149.53kb.
Исследование межфазного взаимодействия в полимерэластомерных композициях... 1 126.41kb.
Викторина для любознательных: «Занимательная биология» 1 9.92kb.

Рабочая программа наименование дисциплины - страница №1/1

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ярославский государственный университет им. П.Г.Демидова”


УТВЕРЖДАЮ

Проректор

по развитию образования

__________________ Е.В. Сапир





РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Наименование дисциплины

Сканирующая электронная микроскопия и рентгено-спектральный микроанализ
для краткосрочных курсов повышения квалификации

«Электроника и наноэлектроника: Повышение квалификации в сфере электроники и микроэлектроники операторов уникального аналитического оборудования для диагностики наноструктур и наноматериалов»
Форма обучения очная

Направление подготовки 210100.62 «Электроника и наноэлектроника»

Профиль подготовки - Интегральная электроника и наноэлектроника
Квалификации выпускника

Оператор уникального аналитического оборудования для диагностики наноструктур и наноматериалов




Ярославль 2012

  1. Цели и задачи дисциплины:

Цель учебного курса «СЭМ и РСМА»  изучение методов визуализации и химического анализа поверхности различных твердых тел с помощью электронного микроскопа высокого разрешения.

Задачи курса - ознакомление студентов с возможностями сканирующей электронной микроскопии, а также формирование навыков получения и обработки информации с помощью электронного микроскопа.




  1. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина «СЭМ и РСМА» относится к числу специальных курсов физики и изучает законы движения идеализированных механических систем, таких как система материальных точек, твердое тело и сплошная среда. Для успешного усвоения материала дисциплины «СЭМ и РСМА» требуется знание разделов «Электричество и магнетизм», «Физика колебаний и волн», «Оптика» из общего курса физики. Знание дисциплины «СЭМ и РСМА» целесообразно при изучении разделов дисциплин «Основы технологии низкоразмерных систем», «Физико-химические основы материаловедения для микро- и наноэлектроники», «Физические основы наноэлектроники», касающихся диагностики изучаемых объектов.


  1. Требования к результатам освоения дисциплины:

    Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

  • знание методов сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа;

  • понимание физических явлений, лежащих в основе этих методов;

  • знание возможностей современной сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа;

  • знание особенностей подготовки образцов для сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа;

  • способность оптимизировать процедуру исследований на электронном микроскопе;

  • способность выявить сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, способность привлечения для их решения соответствующего физико-математического аппарата;

  • знание особенностей настройки электронного микроскопа;

  • владение основными приемами обработки и представления экспериментальных данных;

  • знание основных требований безопасности при работе со сканирующим электронным микроскопом.

  • способность осуществлять контроль экологической безопасности.



В результате изучения дисциплины студент должен:

Иметь представление:

О принципах электронной оптики и явлениях, происходящих при взаимодействии электронов с поверхностью различных твердых тел, о возможностях сканирующей электронной микроскопии и рентгено-спектрального микроанализа при диагностике разнообразных объектов.


Знать:

Устройство и принцип работы сканирующего электронного микроскопа и рентгеноспектрального анализатора. Особенности функционирования различных его узлов.


Уметь:

Получать и анализировать экспериментальные данные с помощью сканирующего электронного микроскопа.


Владеть:

  • понятийным аппаратом и основными терминами сканирующей электронной микроскопии;

  • навыками получения и обработки экспериментальных данных, предоставляемых электронной микроскопией.




  1. Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы

Всего часов/зачетных единиц

Семестры

1

2

3

4

Аудиторные занятия (всего)

24/2

24/2










В том числе:

часов

часов










Лекции

10/1

10/1










Практические занятия (ПЗ)

-













Семинары (С)

-

-










Лабораторные работы (ЛР)

13/1

13/1










Самостоятельная работа (всего)
















В том числе:













-

Курсовой проект (работа)
















Расчетно-графические работы
















Реферат
















Другие виды самостоятельной работы
















Освоение рекомендованной литературы, подготовка к занятиям

10

10










Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)

1

1










Общая трудоемкость 24 часа

Зачетных единиц 2



34

34










2

2













  1. Содержание дисциплины

    1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Содержание раздела

1.

Взаимодействие электронного пучка с веществом

Взаимодействие электронов высокой энергии с веществом. Рассеяние электронов. Область воздействия электронов в зависимости от химического состава вещества, от энергии и угла наклона пучка электронов. Длина пробега электронов. Упругое рассеяние электронов в зависимости от химического состава вещества, от энергии и угла наклона пучка электронов. Угловое распределение, распределение по энергиям, пространственное распределение, глубина выхода упруго рассеянных электронов. Неупругое рассеяние электронов. Типы вторичных электронов. Особенности вторичных электронов, обусловленные параметрами падающего пучка и состоянием образца. Рентгеновское излучение. Непрерывное рентгеновское излучение. Характеристическое рентгеновское излучение. Оже-электроны. Катодолюминесценция.

2.

Устройство сканирующего электронного микроскопа

Колонна электронного микроскопа. Вакуумная система. Типы электронных пушек. Термоэлектронная эмиссия. Автоэлектронная эмиссия. Электромагнитные конденсорная и объективная линзы. Хроматические аберрации. Сферические аберрации. Астигматизм. Стигматоры. Апертуры. Генераторы развертки. Детекторы излучений. Приставки для сканирующего электронного микроскопа.

3.

Формирование изображения в сканирующем электронном микроскопе

Сканирование электронным лучом. Сканирование вдоль линии. Механизмы и природа формирования контраста. Глубина фокуса. Искажения изображений. Влияние ускоряющего напряжения. Влияние размера апертуры. Влияние рабочего расстояния. Влияние наклона образца. Детекторы сигналов, их характеристики и влияние на формирование контрастов. Угол детектора по отношению к поверхности объекта. Телесный угол детектора. Эффективность преобразования детектора. Наблюдение и сохранение изображений. Интерпретация изображений.

4.

Разновидности сканирующей электронной микроскопии

Традиционная сканирующая электронная микроскопия. Низковакуумная сканирующая электронная микроскопия. Режим естественной среды. Катодолюминисценция. Режим наведённого тока. Оже-электронная спектроскопия. Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия.

5.

Рентгеновский микроранализ.

Генерация рентгеновского излучения. Спектрометрия с энергетической дисперсией. Устройство рентгеновского спектрометра с энергетической дисперсией. Спектрометрия с волновой дисперсией. Устройство рентгеновского спектрометра с волновой дисперсией.




    1. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекц.

Практич.

зан.


Лаб.

зан.


Семинар

Инд. зан.

Все-го

1.

Взаимодействие электронного пучка с веществом

2













2

2.

Устройство сканирующего электронного микроскопа

2




4







6

3.

Формирование изображения в сканирующем электронном микроскопе

2




4







6

4.

Разновидности сканирующей электронной микроскопии

2













2

5.

Рентгеновский микроанализ

3




5







8




11




13







24




  1. Лабораторный практикум

№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

Трудоемкость

(часы)


1.

2

Замена расходных материалов

Настройка прибора и подготовка к работе.



4

2.

3

Получение увеличенного изображения. Наблюдение и сохранение изображений. Интерпретация изображений

4

3.

5

Рентгеновский микроанализ. Спектрометрия с энергетической дисперсией. Спектрометрия с волновой дисперсией.

5




  1. Примерная тематика курсовых проектов (работ)

Не предусмотрены


  1. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1. Практическая растровая электронная микроскопия. Под ред. Дж. Гоулдстейна и Х.Яковица.- М.: Мир, 1978.- 656 с.

2. Гоулдстейн Дж. и др. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. М.: Мир, 1984, книги 1,2.

3. Микроанализ и растровая электронная микроскопия. Под ред. Ф.Морис, Л.Мени, Р.Тискье.- М.: Металлургия, 1985.- 392 с.

4. Криштал М.М., Ясников И.С. Сканирующая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ. .- М.: Техносфера, 2009. - 208 с.

б) дополнительная литература

1. С. Рид. Электронно-зондовый микроанализ. Мир. Москва. 1979 г. 423 с.

в) программное обеспечение

SMART-SEM и INCA.

г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы

http://nano.yar.ru, http://yf-ftian.ru/ckp.


  1. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

  • Сканирующий электронный микроскоп высокого разрешения Supra-40 (Zeiss) с приставкой для рентгеновского микроанализа Inca (Oxford instruments).




  1. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

Явления взаимодействия электронов с веществом можно разделить на три основных типа: упругие процессы, которые происходят внутри вещества без существенного изменения энергии электронов, неупругие процессы, при которых происходит передача энергии электронов веществу и процессы активации различного рода вторичного излучения. Покидающие поверхность электроны несут в себе информацию о природе объекта: форме, химическом составе, кристаллической структуре, электронной структуре, внутренних электрических и магнитных полях и т.д. Для того, чтобы наиболее полно извлечь эту информацию необходимы качественные и количественные знания взаимодействия электронов с веществом. Студентам следует обратить особое внимание на явления, сопровождающие взаимодействия электронов с веществом: упругое и неупругое рассеяние электронов, испускание вторичных электронов, Оже-электронов, характеристического и непрерывного рентгеновского излучения. Необходимо иметь представление об основных величинах, характеризующих взаимодействие электронов с веществом: влияние атомного номера вещества, зависимость от энергии пучка, зависимость от угла падения пучка, длина пробега электронов.

При изучении устройства электронного микроскопа подробно рассматривается устройство электронных пушек и их классификация. Выделяют электронные пушки с термоэлектронной эмиссией и автоэмиссионные пушки. Подробно рассматриваются принципы работы электромагнитных линз и диафрагм сканирующего электронного микроскопа. Анализируются аберрации линз, стигмация, разрешающая способность сканирующего электронного микроскопа и факторы её определяющие: характеристики электронного зонда, влияние образца и его поверхности, роль детектора. Описываются юстировка, управление током пучка и его размером, диафрагмами, увеличением, фокусировкой. Также рассматриваются такие важные компоненты электронного микроскопа как вакуумная камера для образцов, предметный столик с системой для перемещения, поворота и наклона образцов. Рассматриваются принципы работы и классификация устройств для создания вакуума в камерах сканирующего электронного микроскопа. При изучении данной темы студентам следует знать основные компоненты сканирующего электронного микроскопа. Также необходимо обратить особое внимание на понятия электронной пушки и катодов. Знать их классификацию, основные недостатки и преимущества различных типов электронных пушек и катодов. Понимать назначение и принципы работы электромагнитных линз и диафрагм.

Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, содержат гораздо больше информации, чем видит глаз. Для того чтобы получить максимальную информацию об объекте, необходимо развивать навыки интерпретации изображений. В первую очередь, необходимо иметь четкое представление о процессе формирования изображений. В данной теме рассматриваются основные свойства процесса формирования изображений в сканирующем электронном микроскопе и принципы сканирования, используемые для построения изображения. Рассматривается природа и механизмы формирования контраста (топографический контраст, композиционный контраст), возникающего при взаимодействии электронного пучка с объектом, характеристики различных детекторов и их влияние на изображение. Детекторные системы характеризуют тремя важными параметрами: угол по отношению к поверхности объекта, под которым детектор принимает интересующий сигнал; телесный угол, в котором детектор принимает сигнал, эффективность преобразования. Основные виды изображения в сканирующем электронном микроскопе это изображения во вторичных электронах, изображения в упруго рассеянных электронах. При микроанализе могут быть получены изображения в характеристическом излучении интересующих элементов. Рассматривается влияние качества сигналов и обработки сигналов на качество изображения сканирующего электронного микроскопа. При изучении данной темы студентам следует обратить внимание на такие понятия как элемент изображения, глубина фокуса, искажения, возникающие при формировании изображений, детекторы электронов, виды и природа контрастов, ограничения, возникающие при формировании изображений в сканирующем электронном микроскопе, основные методы обработки сигналов при формировании изображений.

При рассмотрении разновидностей сканирующей электронной микроскопии вводится понятие о традиционной сканирующей электронной микроскопии при которой требуется, чтобы исследования проводились в высоком вакууме, поскольку наличие газа в камере приводит к рассеянию и ослаблению электронного пучка. Поэтому образцы, которые способны производить пар или газ (например, жидкие биологические образцы или нефтегазоносные породы) подвергаются предварительному высушиванию или замораживанию. Такие процессы приводят к фазовому переходу, что изменяет структуру образца. С другой стороны, при исследовании диэлектрических материалов электронный пучок приводит к зарядке поверхности образца, что в свою очередь снижает качество получаемых изображений. Недостатки традиционной сканирующей электронной микроскопии можно обойти, используя низковакуумную сканирующую электронную микроскопию и сканирующую электронную микроскопию в режиме естественной среды. Эти методики основаны на использовании детекторов вторичных электронов, способных работать в присутствии паров воды, и использования специальным образом сконфигурированных диафрагм для отделения камеры с образцом от вакуумной части, в которой находится электронная пушка и линзы. Приводится описание особенностей устройства электронных колонн, позволяющих дополнять микроскоп дополнительными детекторами и приставками, проводить исследования с помощью различных методов сканирующей электронной микроскопии. Обсуждаются возможности применения, преимущества и недостатки этих методов. При изучении данной темы студентам следует обратить особое внимание на способы реализации тех или иных видов сканирующей электронной микроскопии. Знать возможности применения всех разновидностей сканирующей электронной микроскопии, знать преимущества и недостатки этих методов сканирующей электронной микроскопии, в том числе по сравнению с методами просвечивающей электронной микроскопии и методами зондовой микроскопии.

При изучении рентгеновского микроанализа рассматривается спектрометрия с волновой и энергетической дисперсией. Энергодисперсионный спектрометр состоит из полупроводникового детектора, который регистрирует все рентгеновские фотоны, и многоканального анализатора, который сортирует фотоны в зависимости от их энергии. Рентгеновский спектрометр с волновой дисперсией по длинам волн состоит из изогнутого кристалла-монохроматора, газового пропорционального счетчика, используемого в качестве детектора, и одноканального анализатора. Детально рассматривается конструкционные особенности и работа обоих типов спектрометров, а также соответствующие особенности методик анализа (измерение интенсивности линии характеристического спектра и уровня фона, возможные ошибки, использование эталонов, роль окна детектора и охлаждения). При изучении данной темы студентам следует особое внимание уделить понятиям рентгеновского микроанализа. Необходимо понимать физические причины генерации рентгеновского излучения при бомбардировке образца пучком электронов: знать различия в принципах работы спектрометров с волновой и энергетической дисперсией, знать конструкционные особенности спектрометров различного типа, знать способы обработки и анализа спектров. Знать возможности рентгеновского микроанализа в сканирующем электронном микроскопе по сравнению с элементным анализом в просвечивающем электронном микроскопе (рентгеновский микроанализ и анализ энергетических потерь электронов) и рентгеноспектральным анализом.

Разработчики:

Заведующий лабораторией

электронной микроскопии ЦКП ДМНС

к.ф-м.н. В.В.Наумов




Эксперты:

Зам. директора ЯФ ФТИАН



по научной работе д.ф-м.н. _________________________ И.И.Амиров
Кафедра нанотехнологий в электронике ЯрГУ,

И.о. заведующего кафедрой к.ф-м.н. _________________________ А.Б.Чурилов