Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Nanotechnologie
Koordynator przedmiotu:
dr inż. Aleksander Werbowy
Status przedmiotu:
Fakultatywny ograniczonego wyboru
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Inżynieria Biomedyczna
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne - zaawansowane
Kod przedmiotu:
NAN
Semestr nominalny:
2 / rok ak. 2019/2020
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
30 godz wykład, 10 godz przygotowanie do wykładu, 10 godz konsultacje, 30 godz przygotowanie projektu, 10 godz przygotowania do kolokwiów, Razem 90 godz - 4ECTS
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
30 godz wykład, 10 godz konsultacje, 10 godz ocena projektów Razem 50 godz - 2ECTS
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
30 godz przygotowanie projektu 10 godz konsultacje projektowe Razem 40 godz 2 ECTS
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium0h
  • Projekt15h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
fizyka na poziomie inżynierskim
Limit liczby studentów:
40
Cel przedmiotu:
Celem wykładu jest zaprezentowanie stanu obecnego i perspektyw rozwoju nanotechnologii oraz związanych z tym problemów i ograniczeń, szczególnie w kontekście realizacji struktur przetwarzających informację. Dyskutowane będą uwarunkowania fizyczne i technologiczne procesów umożliwiających wytwarzanie i obróbkę materiałów, struktur, przyrządów i układów w skali nanometrowej, tj. specyfika środowisk "clean-room", próżni oraz plazmy. Omówione zostaną również klasyczne (wraz z modyfikacjami) i alternatywne metody wytwarzania nanostruktur niskowymiarowych. W ramach projektu studenci będą pogłębiać swoją wiedzę przygotowując krótkie prezentacje dotyczące szeroko pojmowanych nanotechnologii.
Treści kształcenia:
Wprowadzenie Definicje nanotechnologii oraz wybranych dziedzin przez nie realizowanych (nanoelektroniki, elektroniki molekularnej, spintroniki i nanobiotechnologii). Dwie filozofie realizacji nanostruktur: "top-down" i "bottom-up". Stan obecny oraz perspektywy rozwoju nanotechnologii Rys historyczny, przykłady już istniejących i przewidywanych zastosowań; główne trendy rozwojowe. Uwarunkowania ekonomiczno-społeczne. Problemy i ograniczenia związane z redukcją rozmiarów struktur elektronicznych a przetwarzanie informacji Ograniczenia klasyczne (technologiczno-konstrukcyjne) oraz fundamentalne (ziarnistość materii, termodynamika, efekty mezoskopowe i kwantowe, fundamentalne oddziaływania w przyrodzie). Środowisko clean-room i środowisko próżni w technologiach elektronicznych i nanotechnologiach Definicje, parametry i wielkości podstawowe. Elementy kinetycznej teorii gazów. Sposoby wytwarzania próżni i próżniomierze - klasyfikacja urządzeń, zasada działania oraz podstawowe parametry. Środowisko plazmy w technologiach wytwarzania nanomateriałów, nanostruktur i kształtowaniu nanoobszarów Stany skupienia materii. Plazma - definicje, parametry, charakterystyczne zjawiska. Korzyści wynikające z zastosowań plazmy w nanotechnologiach. Wybrane procesy nano-technologiczne realizowane w środowisku plazmy (synteza i trawienie materiałów, płytka implantacja) i ich specyfika. Technologie wytwarzania ultracienkich warstw (nanostruktury 1-wymiarowe) Epitaksja - definicja, odmiany, specyfika. Wybrane zagadnienia związane ze wzrostem epitaksjalnym. Technologie fizycznego (PVD) a chemicznego (CVD) osadzania z fazy lotnej na przykładzie technik epitaksji z wiązek molekularnych (MBE) i chemicznego osadzania z fazy lotnej przy użyciu związków metalo-organicznych MO CVD (oraz organo-metalicznych (OM CVD))- definicje, cechy charakterystyczne, specyfika, wybrane zagadnienia konstrukcyjno-technologiczne, kontrolowanie i przebieg procesów, wybrane modyfikacje. Wady i zalety technik MBE i MO (oraz OM) CVD - porównanie. Sposoby odwzorowywania kształtów w skali nanometrowej (nanostruktury 2 i 3-wymiarowe) Idea, możliwości i ograniczenia. Problemy związane z redukcją rozmiarów przy użyciu układów projekcyjnych ? maksymalna rozdzielczość, zjawisko dyfrakcji, kryteria Rayleigha i Abbego. Techniki litograficzne - fotolitografia klasyczna i jej modyfikacje: litografia z korekcją efektów bliskości (OPC), litografia z przesunięciem fazowym (PSM), litografia pozaosiowa (OAI), litografia immersyjna. Fotolitografia w głębokim i bardzo głębokim ultrafiolecie (DUV i EUV). Litografia elektronowa, rentgenowska i wiązką jonów. Alternatywne techniki odwzorowywania kształtów w nanoskali Techniki "miękkiej" litografii: druk mikrokontaktowy (?CP), nanowdrukowywanie, odciskanie, druk nanotransferowy (nTP) - idee, możliwości i ograniczenia. Techniki nanolitograficzne i nanomanipulacji wykorzystujące mikroskopię bliskich oddziaływań: naświetlanie rezystu i utlenianie indukowane sondą skaningową, nanolitografia zwilżanym ostrzem, manipulacja atomami. Inne egzotyczne technologie wytwarzania nanostruktur (np. atomowa litografia optyczna, techniki wykorzystujące zjawiska samoorganizacji materii). W trakcie zajęć projektowych studenci przygotowywać będą krótkie (~15 min.) referaty na zadane bądź samodzielnie zaproponowane, leżące w obszarze ich zainteresowań tematy, dotyczące szeroko rozumianych nanotechnologii, nanoinżynierii nanomateriałów i nanostruktur
Metody oceny:
W trakcie semestru zostaną przeprowadzone dwa 1-godzinne kolokwia, każde oceniane w skali 0-10 punktów. W takiej samej skali (0-10 punktów) oceniany będzie poziom przygotowania projektu. Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest równoczesne uzyskanie z kolokwiów i projektu minimum 50% + 1 (czyli 16) punktów.
Egzamin:
nie
Literatura:
"Springer Handbook of Nanotechnology (3rd rev. & ext. ed.)", B. Bhushan (ed.), Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (2010). "Introduction to Nanoscience and Nanotechnology", Ch. Binns, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey (2010). "Nanoscience. Nanotechnologies and Nanophysics", C. Dupas, P. Houdy, M. Lahmani (eds.), Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (2007). "Nanotechnology for Electronic Materials and Devices", A. Korkin, J. Labanowski, E. Gusev, S. Luryi (eds.), Springer (2007). "Podstawy chemii fizycznej", P.W. Atkins, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa (2009) "Mechanika kwantowa dla chemików", D.O. Hayward, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa (2007).
Witryna www przedmiotu:
Uwagi:
przedmiot dla kierunku Elektronika i Inżynieria Biomedyczna

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka w01
Zna stan obecny oraz perspektywy rozwoju nanotechnologii
Weryfikacja: kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W01, K_W09, K_W11
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka W02
Zna technologie wytwarzania ultracienkich warstw
Weryfikacja: kolokwia
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W01, K_W02, K_W09, K_W11
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka U01
Umie odwzorowywać kształty w skali nanometrowej
Weryfikacja: projekt
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U01, K_U03, K_U05, K_U12, K_U16
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Charakterystyka U02
Zna alternatywne techniki odwzorowywania kształtów w nanoskali
Weryfikacja: projekt
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U01, K_U03, K_U05, K_U11, K_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe:

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka K01
potrafi pracować w zespole
Weryfikacja: projekt
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K03, K_K04
Powiązane charakterystyki obszarowe: