Wykład

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów.

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

Rok akademicki 2007-2008

 

Stanisław Krukowski, Michał Leszczyński

IWC PAN, Sokołowska 29/37 01-142 Warszawa

 

Zbigniew Zytkiewicz

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 w piątki, od 05.10.2007 o godz. 13.15 w Interdyscyplinarnym Centrum Modelowania UW w sali 3089 w budynku Wydziału Geologii UW, Al. Żwirki i Wigury 93 (http://www.icm.edu.pl/o_icm/lokalizacja.php )

 

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 takich instytutów, jak: Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Instytut Fizyki PAN, Instytut Wysokich Ciśnień PAN, Instytut Technologii Elektronowej, oraz wydziałów Politechniki Warszawskiej: Inżynierii Materiałowej, Fizyki, Chemii, oraz do Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

 


 

Semestr I

 

  1. Wzrost kryształów objętościowych półprzewodników na świecie i w Polsce (Michał Leszczyński) - 05.10.2007

-         Wzrost kryształów objętościowych półprzewodników elementarnych: diament. krzem, german

-         Wzrost kryształów objętościowych półprzewodników złożonych: GaAs, InP, GaN, kryształy II-VI

-         : roztwory, gaz idealny

 

  1. Wzrost warstw epitaksjalnych półprzewodników na świecie i w Polsce (Michał Leszczyński) - 12.10.2007

-         Wzrost warstw epitaksjalnych i zastosowania: elektronika, optoelektronika

-         Perspektywy nowych zastosowań

 

  1. Równowaga termodynamiczna (Stanisław Krukowski) - 19.10.2007

-         podstawy równowagi wielofazowej: temperatura, ciśnienie, potencjał chemiczny

-         równowaga: faza gazowa – faza stała

-         równowaga faza ciekła – faza gazowa

-         równowaga układów wieloskładnikowych

 

  1. Równowagowe własności powierzchni krystalicznych (Stanisław Krukowski) - 26.10.2007

-         równowagowy kształt powierzchni

-         równowagowa struktura powierzchni krystalicznych

-         powierzchnie kryształów rzeczywistych: relaksacja i rekonstrukcja

 

  1. Termodynamiczne ujecie procesów wzrostu (Stanisław Krukowski) - 09.11.2007

-         stany nierównowagi – pojecie lokalnej równowagi

-         mikroskopowe ujecie kinetyki procesów chemicznych – pojęcie równowagi cząstkowej

-         przesycenie

-         przechłodzenie

-         nukleacja homogeniczna i heterogeniczna - 2d oraz 3d.

 

  1. Procesy kinetyczne na powierzchni (Stanisław Krukowski) - 16.11.2007 i 23.11.2007

-         procesy adsorpcji i desorpcji

-         procesy atomowe na powierzchni

-         wzrost na powierzchniach szorstkich

-         wzrost kontrolowany przez dwuwymiarowa nukleację

-         wzrost kontrolowany przez dyslokacje śrubowe

-         wzrost kontrolowany przez ruch stopni

-         kinetyka stopni

 

  1. Procesy transportu w fazie ciekłej i gazowej (Stanisław Krukowski) - 30.11.2007 oraz 7.12.2007

-         konwekcja

-         dyfuzja

-         przewodnictwo cieplne

 

  1. Modelowanie procesów transportu w skali makroskopowej (Stanisław Krukowski) – 14.12.2007 i 21.12.2007

-         Metoda skończonej różnicy - FDM

-         Metoda skończonej objętości - FVM

-         Metoda elementu skończonego - FEM

-         Metody rozwiązywania równań nieliniowych

-         Równania transportu

-         Równania sprężystości

 

  1. Modelowanie procesów wzrostu kryształów w skali atomowej (Stanisław Krukowski) – 4.01.2008

-         Metoda Monte Carlo

-         Metoda dynamiki molekularnej

-         Metoda funkcjonału gęstości – DFT

 

  1. Domieszkowanie (Keshra Sangwal) - 11.01.2008

-         włączanie defektów punktowych

-         tworzenie wytrąceń obcej fazy

 

  1.   Wybór kształtu podczas wzrostu i jego stabilność (Jolanta Prywer ) – 18.01.2008

-         teorie opisu kształtu

-         morfologiczna stabilność

-         ewolucja kształtu podczas wzrostu

 

  1. Dyslokacje i inne defekty rozciągłe (Keshra Sangwal) – 25.01.2008

-         naprężenia i tworzenie dyslokacji niedopasowania

-         defekty płaskie i in.

 

 

 


 Semestr II

 

 

 

piątek, 13:00 ICM UW

 

I. Wzrost kryształów objętościowych

 

1. Wzrost kryształów objętościowych z roztopu; Tomasz Słupiński (22 luty 2008)

 

2. Metody wzrostu objętościowego z roztworu; Tomasz Słupiński (29 luty 2008)

 

czwartek, 8:30 ICM UW

 

3. Wzrost objętościowy z fazy pary; Krzysztof Grasza (6 marzec 2008)

 

II. Techniki wzrostu epitaksjalnego:

 

4. Epitaksja - wstęp; Zbigniew R. Żytkiewicz (13 marzec 2008)

 

5. Wzrost epitaksjalny z fazy ciekłej; ZbigniewR. Żytkiewicz (20 marzec 2008)

 

6. Epitaksja z fazy gazowej; Michał Leszczyński (27 marzec 2008)

 

7. Epitaksja metodą wiązek molekularnych; Zbigniew R. Żytkiewicz (3 kwiecień 2008)

 

III. Metody charakteryzacji kryształów i struktur epitaksjalnych

 

8. Mikroskopia elektronowa; Sławomir Kret (10 kwiecień 2008)

 

9. Rentgenowskie badania strukturalne; Michał Leszczyński (17 kwiecień 2008)

 

10. Badania własności optycznych; Piotr Perlin (24 kwiecień 2008)

 

11. Badania własności elektrycznych; Jacek Majewski (8 maja 2008)

 

IV. O niektórych szczególnych strukturach krystalicznych

 

12. Lateralny wzrost epitaksjalny, Zbigniew R. Żytkiewicz (15 maja 2008)

 

13. Kryształy fotoniczne; Dorota A. Pawlak (29 maja 2008)

 

14. Nanostruktury krystaliczne; Jacek Szczytko (5 czerwca 2008)