Edukacja

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów

Podstawy fizykochemiczne budowy struktur krystalicznych o skali makro, mikro i NANO.

prowadzący: prof. dr hab. Stanisław Krukowski (IWC PAN), prof. dr hab. Michał Leszczyński (IWC PAN), prof. dr hab. Zbigniew Żytkiewicz (IF PAN)
wykład: semestr zimowy 30 godzin, semestr letni 30 godzin
miejsce i termin: ICM UW, Al.Żwirki i Wigury 93, sala 3075 (semestr zimowy), sala 3089 (semestr letni), wtorek, godz. 9:15

Stanisław Krukowski, Michał Leszczyński

IWC PAN, Sokołowska 29/37 01-142 Warszawa

 

Zbigniew Żytkiewicz

IF PAN, Al. Lotników 32-46 02-668 Warszawa

 

Podstawa do obliczeń czasu:

teoria oraz modelowanie - I semestr = 15 wykładów po 2 godziny

metody doświadczalne i charakteryzacja - II semestr = 15 wykładów po 2 godziny

 

Wykład odbywać się będzie we wtorki, od 05.10.2010, o godz. 9.15 w Interdyscyplinarnym Centrum Modelowania UW w sali 3089 w budynku Wydziału Geologii UW, Al. Żwirki i Wigury 93 (http://www.icm.edu.pl/web/guest/lokalizacja ). Wyjątki w postaci zmienionej pory wykładu są zaznaczone na czerwono.

 

Uzasadnienie

 

Rozwój technik informatycznych, min. stworzenie nowych przyrządów elektronicznych o rozmiarach rzędu nanometrów, powstawanie nowych technik diagnostyki molekularnej (np. dla potrzeb medycyny) wymaga opanowania podstaw metod wytwarzania nowych materiałów i struktur. Nowym aspektem tego kursu będzie ujęcie problemów wytwarzania oraz własności nano-struktur i nano-materiałów, tworzących wstęp do nanotechnologii. W szczególności więc dotyczy to podstawowych metod wzrostu kryształów, zarówno objętościowych, w skali makro, jak i struktur kwantowych o wymiarach mikro i nano. W chwili obecnej kursy fizyki, chemii czy inżynierii materiałowej w Polsce, zarówno w Warszawie, jak i w innych miastach, nie obejmują wykładów z dziedziny podstaw wzrostu kryształów. Proponowany poniżej program zawiera kurs podstaw wzrostu kryształów (zwłaszcza półprzewodników), zarówno w ujęciu teoretycznym, jak i przegląd głównych technik wzrostu oraz metod charakteryzacji. Zakładamy, że kurs ten nie będzie wyczerpującym opisem tematu. Będzie natomiast dawał wystarczające podstawy dla zrozumienia dziedziny, stanowiąc jednocześnie dobry punkt wyjścia dla dalszej samodzielnej nauki. Kurs jest planowany dla doktorantów i młodych pracowników naukowych. Może też być pożyteczny dla studentów IV i V roku studiów pod warunkiem jednak opanowania podstaw mechaniki kwantowej, mechaniki statystycznej i fizyki ciała stałego na poziomie uniwersyteckim. Na zakończenie rocznego cyklu wykładów przewidujemy wizytę studentów w laboratoriach wzrostu kryształów Instytutu Fizyki PAN i Instytutu Wysokich Ciśnień PAN w Warszawie. Pozwoli to na zapoznanie zainteresowanych studentów z istniejącą bazą eksperymentalną i ze szczegółami prowadzonych prac badawczych.

Kurs jest adresowany do doktorantów takich instytutów, jak: Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Instytut Fizyki PAN, Instytut Wysokich Ciśnień PAN, Instytut Technologii Elektronowej, oraz studentów i doktorantów Wydziałów Fizyki i Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, Wydziału Matematyczno-Przyrodniczego Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego oraz Wydziałów Inżynierii Materiałowej, Fizyki oraz Chemii Politechniki Warszawskiej.

 

Semestr I

 

  1. Wzrost kryształów objętościowych półprzewodników na świecie i w Polsce (Michał Leszczyński) - 05.10.2010
    • Wzrost kryształów objętościowych półprzewodników elementarnych: diament. krzem, german
    • Wzrost kryształów objętościowych półprzewodników złożonych: GaAs, InP, GaN, kryształy II-VI
  2.  

  3. Wzrost warstw epitaksjalnych półprzewodników na świecie i w Polsce (Michał Leszczyński) - 12.10.2010
    • Wzrost warstw epitaksjalnych i zastosowania: elektronika, optoelektronika
    • Perspektywy nowych zastosowań
  4.  

  5. Domieszkowanie (Keshra Sangwal) - 19.10.2010 – godz 13.15 – 15.00 – sala 3089
    • włączanie defektów punktowych
    • ujawnianie defektów punktowych
    • naprężenia
    • tworzenie wytrąceń obcej fazy
  6.  

  7. Dyslokacje i inne defekty rozciągłe (Keshra Sangwal) – 26.10.2010 –godz. 13.15-15.00 – sala 3089
    • naprężenia i tworzenie dyslokacji niedopasowania
    • ujawnianie dyslokacji
    • defekty płaskie i objętościowe
  8.  

  9. Równowaga termodynamiczna (Stanisław Krukowski) 02.11.2010
    • podstawy równowagi wielofazowej: temperatura, ciśnienie, potencjał chemiczny
    • równowaga: faza gazowa – faza stała
    • równowaga faza ciekła – faza gazowa
    • równowaga układów wieloskładnikowych
  10.  

  11. Równowagowe własności powierzchni krystalicznych (Stanisław Krukowski) - 09.11.2010
    • równowagowy kształt powierzchni
    • równowagowa struktura powierzchni krystalicznych
    • powierzchnie kryształów rzeczywistych: relaksacja i rekonstrukcja
    • zjawiska elektryczne na powierzchni – stany i pola powierzchniowe
    • metody badań atomowej struktury powierzchni
  12.  

  13. Termodynamiczne ujecie procesów wzrostu (Stanisław Krukowski) - 16.11.2010
    • stany nierównowagi – pojecie lokalnej równowagi
    • mikroskopowe ujecie kinetyki procesów chemicznych – pojęcie równowagi cząstkowej
    • procesy dyfuzji
    • przesycenie i przechłodzenie
    • nukleacja homogeniczna i heterogeniczna - 2d oraz 3d.
  14.  

  15. Procesy kinetyczne na powierzchni (Stanisław Krukowski) - 23.11.2010 oraz 30.11.2010
    • procesy adsorpcji i desorpcji
    • procesy atomowe na powierzchni – dyfuzja powierzchniowa
    • wzrost na powierzchniach szorstkich
    • wzrost kontrolowany przez dwuwymiarowa nukleację
    • wzrost kontrolowany przez dyslokacje śrubowe
    • wzrost kontrolowany przez ruch stopni
    • kinetyka stopni
  16.  

  17. Procesy transportu w fazie ciekłej i gazowej (Stanisław Krukowski) - 07.12.2010 14.12.2010 oraz 21.11.2010
    • konwekcja
    • dyfuzja
    • przewodnictwo cieplne
  18.  

  19. Wybór kształtu podczas wzrostu i jego stabilność  (Stanisław Krukowski) – 04.01.2011
    • teorie opisu kształtu
    • morfologiczna stabilność – typy niestabilności
    • ewolucja kształtu podczas wzrostu
    • związek niestabilności morfologicznych z mikroskopowymi zjawiskami podczas wzrostu
  20.  

  21. Modelowanie procesów wzrostu w skali makroskopowej (Stanisław Krukowski) –11.01.2011
    • Metoda skończonej różnicy - FDM
    • Metoda skończonej objętości - FVM
    • Metoda elementu skończonego - FEM
    • Metody rozwiązywania równań nieliniowych
    • Równania transportu
    • Równania sprężystości
  22.  

  23. Modelowanie procesów wzrostu kryształów w skali atomowej (Stanisław Krukowski) – 18.01.2011
    • Metoda Monte Carlo – obraz sieciowy
    • Metoda dynamiki molekularnej
    • Metoda funkcjonału gęstości - DFT

 

Semestr II

Wykład

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów

Semestr wiosenny 2011

wtorek, 9:15 ICM

 

 

I. Wzrost kryształów objętościowych

1. Wzrost kryształów objętościowych z roztopu; T. Słupiński (15 luty 2011)

2. Metody wzrostu objętościowego z roztworu; T. Słupiński (22 luty 2011)

3. Wzrost objętościowy z fazy gazowej; K. Grasza (1 marzec 2011)

II. Techniki wzrostu epitaksjalnego

4. Epitaksja - wstęp; Z.R. Żytkiewicz (8 marzec 2011)

5. Mikroskopia elektronowa; S. Kret (15 marzec 2011)

6. Epitaksja z fazy gazowej; M. Leszczyński (22 marzec 2011)

7. Rentgenowskie badania strukturalne; M. Leszczyński (29 marzec 2011)

8. Epitaksja metodą wiązek molekularnych; Z.R. Żytkiewicz (5 kwiecień 2011)

9. Epitaksja z fazy ciekłej; Z.R. Żytkiewicz (12 kwiecień 2011)

III. Metody charakteryzacji kryształów i struktur epitaksjalnych

10. Badania i charakteryzacja powierzchni; B. Kowalski (19 kwiecień 2011)

11. Transport w 2-d oraz 3-d strukturach półprzewodnikowych – własności elektryczne; J. Majewski (10 maja 2011)

12. Badania własności optycznych; P. Perlin (17 maja 2011)

IV. O niektórych szczególnych strukturach krystalicznych

13. Nanostruktury krystaliczne; J. Szczytko (24 maja 2011) (wykład odbędzie się w  godzinach od 11:00 do 13:00).

14. Lateralny wzrost epitaksjalny; Z.R. Żytkiewicz (31 maja 2011)

15. Metamateriały; D. Pawlak (7 czerwca 2011) (wykład odwołany)