Радиационная физика твердого тела

Магистратура 2018/2019

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Статус: Курс по выбору (Материалы. Приборы. Нанотехнологии)

Направление: 11.04.04. Электроника и наноэлектроника

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 2-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Бондаренко Геннадий Германович, Костин Константин Анатольевич

Прогр. обучения: Материалы. Приборы. Нанотехнологии

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 26

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс направлен освоение студентами научно-теоретических основ радиационной физики твердого тела. Во время интерактивных практических занятий (семинаров) студенты овладевают навыками описания кристаллических структур облученных материалов, умения проводить выбор необходимых современных методик для теоретического и экспериментального исследования физических свойств и структуры облученных твердых тел, а также оптимальных режимов их предрадиационной и пострадиационной обработки и модифицирования, выполнять оценочные расчеты физических характеристик облученных металлов и полупроводников, использовать справочные данные для решения инженерных задач, применять полученные знания при анализе теоретических и экспериментальных исследований физических процессов в облученных твердых телах и выработке рекомендаций по улучшению эксплуатационных характеристик облученных материалов. При обучении предусмотрен контроль знаний студентов в виде учета активности студентов на семинарах (активность в дискуссиях, правильность разбора кейсов, решения практических задач, ответов на вопросы, добросовестность посещения студентами занятий по дисциплине), контрольную работу и устный экзамен.

Цель освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины "Радиационная физика твердого тела" являются: • формирование у студентов углубленных представлений о физике взаимодействия ионизирующих излучений с твердыми телами, инициированных ионизирующими излучениями физических процессах деградации и модифицирования структуры и свойств твердых тел, систематических знаний об образовании и эволюции под действием радиации новых структурных фаз и систем, их уникальных свойствах и радиационной стойкости;
• формирование основных компетенций в области радиационной физики твердого тела, методах радиационной модификации материалов, а также практических умений и навыков, необходимых для эффективной последующей работы в академических, вузовских, научно-исследовательских и конструкторских организациях оборонной, авиакосмической, радиоэлектронной, атомной промышленности.

Планируемые результаты обучения

Знает основные понятия о фундаментальных основах радиационной физики твердого тела, общих закономерностях радиационного дефектообразования в твердых телах.
Умеет проводить правильный выбор потенциала взаимодействия для расчета и оценки радиационной повреждаемости структуры твердых тел.
Владеет методами определения количественной оценки радиационного дефектообразования в твердых телах.
Знает основные понятия об особенностях взаимодействия нейтронов, ускоренных ионов, высокоэнергетических электронов, гамма-квантов с твердыми телами, трекообразовании в облученных твердых телах, влиянии ориентационных эффектов.
Умеет описывать основные типы дефектов в облученных металлических и неметаллических структурах.
Владеет методиками определения силовых и энергетических характеристик радиационных дефектов кристаллической решетки, создания наноструктур радиационными методами для устройств электронной техники.
Знает основные понятия об образовании и эволюции под действием радиации новых структурных фаз и систем, их физических свойствах и радиационной стойкости, основных механизмах протекания радиационно-стимулированных и радиационно-индуцированных процессов в твердых телах (в том числе материалах для электроники и наноэлектроники), связанных с ними структурных изменений и фазовых превращений, взаимовлиянии и взаимосвязи различных физических свойств и структуры облученных твердых тел.
Умеет предсказать изменения физических свойств и структуры твердых тел под действием ионизирующих излучений; обосновать выбор вида и оптимального режима радиационного модифицирования материалов для улучшения его физических характеристик, сформулировать и обосновать принципы выбора материалов (в том числе малоактивируемых), а также технологического процесса их радиационного модифицирования, диагностики и контроля для практического применения в изделиях, в том числе электронной техники.
Владеет методиками определения и проведения оценочных расчетов характеристик физических свойств твердых тел, методами диагностики и контроля облученных материалов.

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Общие закономерности радиационного дефектообразования в твердых телах.
Этапы процесса радиационной повреждаемости твердых тел. Определение энергии первично выбитого атома. Потенциалы взаимодействия. Сечение взаимодействия. Каскад столкновений. Образование и развитие каскада. Влияние эффектов фокусировки атомных столкновений и каналирования частиц в кристаллах на каскадную функцию. Структура каскада. Атомные перестройки в каскаде. Энергетические потери движущихся частиц. Образование и отжиг точечных радиационных дефектов в твердых телах.
Тема 2. Особенности взаимодействия различных видов ионизирующих излучений с твердыми телами.
Взаимодействие твердых тел с нейтронами. Взаимодействие твердых тел с ускоренными ионами - образование атомных смещений, пробеги ионов и профили их распределения в твердых телах, влияние эффекта каналирования. Эффект теней (блокировки). Дефектообразование и трекообразование в твердых телах при воздействии высокоэнергетических ионов. Взаимодействие твердых тел с высокоэнергетическими электронами. Взаимодействие твердых тел с гамма-квантами.
Тема 3. Радиационно-стимулированные и радиационно-индуцированные процессы в твердых телах.
Радиационно-стимулированная диффузия. Ионное перемешивание и имплантация атомами отдачи. Эффект дальнодействия. Процессы сегрегации и сепарации компонентов сплавов. Термическая поверхностная сегрегация (сегрегация Гиббса). Радиационно-индуцированная сегрегация. Радиационно-индуцированная сепарация атомов в сплавах. Потеющие сплавы. Радиационно-индуцированные и радиационно-стимулированные структурно-фазовые изменения в сплавах. Трансмутационные эффекты и ядерное (трансмутационное) легирование материалов. Радиационная электризация диэлектрических материалов. Радиационное распухание материалов - влияние температуры и дозы облучения, влияние скорости введения радиационных дефектов и типа бомбардирующих частиц, влияние дислокационной структуры и двумерных дефектов, влияние напряженного состояния материала, влияние газовых примесей. Образование решетки пор в структуре облученного материала. Пути подавления радиационного распухания материалов. Влияние радиационного воздействия на прочность и пластичность твердых тел - механизмы радиационного упрочнения, зависимость радиационного упрочнения от дозы облучения, влияние температуры облучения и испытания материалов на радиационное упрочнение. Низкотемпературное радиационное охрупчивание (НТРО). Восстановление механических свойств облученных материалов при пострадиационном отжиге. Высокотемпературное радиационное охрупчивание (ВТРО). Радиационная ползучесть материалов, влияние на неё различных факторов. Распыление твердых тел при облучении. Теория распыления. Коэффициент распыления и его зависимость от различных параметров. Преимущественное (селективное) распыление. Ионное травление поверхности материала при распылении. Распыление материалов под действием нейтронов. Химическое распыление. Радиационная эрозия материалов при образовании униполярных дуг. Радиационный блистеринг, теория блистеринга и влияние на него различных факторов - дозы и температуры облучения, энергии бомбардирующих ионов, кристаллографической ориентации мишени и угла падения ионов, напряженного состояния при облучении и термомеханической обработки материала. Особенности водородного блистеринга. Синергетические эффекты. Влияние блистеринга на радиационно-стимулированное испарение материалов. Способы подавления блистеринга. «Smart cut» - технология создания КНИ-структур. Понятие о малоактивируемых материалах.

Элементы контроля

Выступление на семинаре
Контрольная работа
Экзамен
Использование на экзамене каких-либо текстов, калькуляторов, телефонов и др. средств связи запрещается. Время подготовки к ответу на вопросы экзамена – 20 мин. По желанию студента и согласию преподавателя возможен досрочный ответ.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.25 * Выступление на семинаре + 0.25 * Контрольная работа + 0.5 * Экзамен

Программа дисциплины