Нанотехнологии (Наноматериалы - см. 620.22)

Основное внимание уделено главным аспектам нанотехнологий, среди которых: терминология, взаимосвязь размерных эффектов и области применимости нанотехнологий, классификация и основные группы данной отрасли деятельности, масштабирование процессов с целью промышленной реализации. Рассмотрен ряд нанотехнологий, промышленно освоенных в России.

Рассмотрен ряд аспектов исследования наноматериалов. Проанализированы размерные величины, используемые для характеристики крупнокристаллических и наноматериалов, подняты вопросы взаимосвязи средних величин между собой. Приведено развернутое описание новых методов исследования и обработки экспериментальных данных, разработанных на кафедре ФНСиВТМ НИТУ МИСИС.

Методические указания содержат теоретические сведения о физических основах процессов ослабления, поглощения и рассеяния света дисперсными системами, примеры решения задач по определению характеристик дисперсных систем, задачи для самостоятельной работы и задания для лабораторно-практических работ.

Быстрый прогресс современной электроники в последние годы существенно повлиял на все сферы человеческой деятельности, включая применение компьютерных технологий. Существенным прорывом стало создание полнофункциональных компьютерных систем на одном кристалле, так называемом System-On-Chip (SoC). В SoC интегрируются все основные функциональные блоки, присущие компьютерам (процессор, память, графический процессор и др.). На одном из таких SoC-кристаллов реализован один из наиболее популярных современных миниатюрных компьютеров, известный под названием Raspberry Pi. Эта книга посвящена практическим аспектам применения Raspberry Pi, начиная от программирования простых систем управления и измерения на языке Python и заканчивая разработкой мультимедийных систем и созданием игровых приложений на языке Scratch. Хотя Raspberry Pi помещается на ладони, он способен выполнять многие функции, доступные мощным настольным системам. Многие популярные приложения, работающие на настольных компьютерах, могут выполняться и на Raspberry Pi. Вдобавок Raspberry Pi обладает мощными мультимедийными и графическими возможностями, в частности, при работе с 3D графикой, поэтому этот миниатюрный компьютер можно использовать как платформу для разработки игровых приложений, что может заинтересовать многих будущих программистов. Raspberry Pi можно использовать и для создания своих собственных измерительных и робототехнических систем с различными датчиками и исполнительными устройствами. Создание таких систем возможно благодаря наличию цифрового порта ввода/вывода (GPIO) — подобная возможность отсутствует в обычных настольных ПК.

Книга посвящена PIC-микроконтроллерам — одному из самых популярных семейств современных микроконтроллеров. В справочнике имеются все необходимые сведения, аппаратные и программные решения. По широте охвата и объему рассматриваемого материала книга претендует на статус малой энциклопедии. Здесь представлены классификация и архитектура различных подсемейств PIC-контроллеров, сравнительные характеристики типов, разводка выводов, системы команд, подробная спецификация управляющих регистров. Рассказывается о принципах работы основных узлов, приведены таблицы временных и электрических характеристик, алгоритмы программирования. Дано описание языков программирования и средств разработки приложений.

Излагаются основы широко применяемых в настоящее время методов исследования структуры неупорядоченных, аморфных и наноматериалов, в том числе с использованием синхротронного излучения. Описаны теоретические основы методов и особенности их применения.

The basic concepts and definitions, the history of the development of nanotechnology, their potential and development prospects are considered. The classification of nanomaterials is presented, the structural features of nanomaterials, size effects, and properties of nanoobjects are considered. The main approaches and technologies for producing nanomaterials, methods for studying nanoscale structures are presented, the diagnostic features and metrology problems in the field of nanotechnology are considered.

В этой книге затронуты вопросы взаимосвязи физико-химических явлений в окружающей среде с изменениями климата и экологической ситуации на Земле, что определяет междисциплинарность ее содержания. Показана важнейшая роль взаимодействий на межфазных границах минерал/вода в процессах формирования и выветривания горных пород, в миграции химических элементов и веществ. Многочисленные практические примеры реальных природных экосистем и регионов, а также предлагаемые задачи помогают лучше понять необходимость тщательного изучения физико-химического аспекта биогеохимических процессов на уровне наноразмерных структур, без чего невозможно создание глобальной сети экологического мониторинга.

В учебном пособии описаны основные понятия в области нанонауки, дана классификация наноматериалов и методов их получения, представлены методы синтеза наноразмерных оксидных наноматериалов, рассмотрены основные нанотехнологии, позволяющие формировать структурированные наноматериалы. Представлено соотнесение терминов и определений на русском и английском языках, что будет полезно молодым ученым и исследователям для корректного понимания англоязычных авторов и написания рукописей на английском языке.

Рассматриваются принципы построения и свойства устройств на транзисторах и интегральных элементах, работающих в импульсном режиме; основы построения устройств комбинационной логики: шифраторов, мультиплексоров, триггеров, регистров, счетчиков, сумматоров. Излагаются основы построения и свойства таких базовых схем, как мультивибраторы, генераторы линейно изменяющегося напряжения, триггеры, блокинг-генераторы.

Рассмотрена совокупность вопросов, связанных с созданием многоуровневых систем металлизации интегральных микросхем по технологическим маршрутам, обобщенно называемым Back-End-Of-Line (BEOL). Охарактеризованы проблемы и решения создания проводящих и металлических тонких пленок, пленок диэлектрических материалов, проблемы и решения по планаризации поверхности интегральных микросхем. Рассмотрены вопросы получения конформных тонкопленочных покрытий на усложняющихся рельефах интегральных микросхем.

Приведены методы анализа, выбора и расчета прецизионных механизмов микро- и наноперемещений с учетом их функционального назначения и заданных параметров движения исполнительных механизмов оборудования для микро- и нанотехнологий. Рассмотрены методы вибрационной защиты прецизионного оборудования, принципы разработки динамических моделей и алгоритм процесса управления прецизионными механизмами перемещений для обеспечения требуемых параметров. Определены основные параметры механизмов прецизионных перемещений.

Изложены основы следующих технологий: модификация материалов пучками заряженных частиц; синтез и модификация нанопористых материалов; синтез и модификация нанокомпозиционных материалов. Даны контрольные вопросы и задания для практических занятий.

В учебном пособии изложены основные понятия теории принятия решений и основы системного подхода к описанию технических объектов и принятию решений. Приведены способы решения изобретательских задач.

Рассмотрен спектр философских проблем (онтологических, методологических, гносеологических и социально-этических) наномира с выявлением его сущности с помощью различных подходов и категориального аппарата, выработанного в различных направлениях философии.

Рассмотрены основные понятия и определения, история развития нанотехнологий, их потенциал и перспективы развития. Представлена классификация наноматериалов, рассмотрены их структурные особенности, размерные эффекты и свойства нанообъектов. Приведены основные подходы и технологии получения наноматериалов, методы исследования наноразмерных структур, рассмотрены особенности диагностики и проблемы метрологии в области нанотехнологий.

Проанализирована физиология микроорганизмов в присутствии относительно нового экзогенного фактора – неионизирующих электромагнитных полей крайне высоких частот (миллиметрового диапазона) нетепловой интенсивности, рассмотрены возможности их практического применения для регулирования эволюции биообъектов.

Предназначено для самостоятельной проработки студентами дисциплины «Физико-химические основы нанотехнологий». Приведено описание методов и средств поиска литературных источников, рассмотрены принципы и структура составления реферата и оформления презентации. Указаны основные требования к оформлению и представлению реферата, а также к защите и оценке работы на мини-конференциях.

Дано описание основных физических явлений при воздействии ускоренных потоков электронов, ионов и газоразрядной плазмы на поверхность обрабатываемых изделий. Рассмотрены ключевые операции изготовления микро- и наноструктур: нанесение тонких пленок в вакууме, вакуумно-плазменное травление и ионная имплантация. Акцентировано внимание на взаимосвязи между характеристиками технологических операций и показателями качества получаемых микро- и наноструктур. Приведены физико-химические модели расчета основных режимов элионной обработки.

Дано описание общей последовательности процессов микротехнологии на примерах производства интегральных микросхем и кремниевого микродатчика давления. Рассмотрены основные этапы получения кремниевых монокристаллических пластин, ключевые операции микротехнологии — изготовление кремниевых пластин, оксидирование. Акцентировано внимание на взаимосвязи между свойствами материалов, структуры, устройством и электрическими характеристиками микроструктур. Рассмотрены физико-химические модели и методы анализа качества технологических процессов микротехнологии.

Даны основы применения микроконтроллеров для управления электронными устройствами. Приведены примеры подключения к микропроцессору внешних устройств с параллельным и последовательным интерфейсом. Рассмотрено управление программой микропроцессора по флагам простейшего кнопочного пульта и прерывание исполнения программы от внешнего устройства и таймера микроконтроллера.

Рассмотрен процесс фотолитографии. Изложено описание процедур проведения экспериментов по определению разрешающей способности операций фотолитографии и жидкостного травления тонкопленочных медных структур. Представлена методика обработки полученных результатов травления и выявления на их основе бокового подтрава токопроводящих структур и неравномерности тонкопленочного покрытия по площади заготовки.

В книге представлена основная информация, характеризующая современное состояние нанотехнологии. Особое внимание уделено истории развития науки о нанотехнологиях, применению достижений нанотехнологий в различных областях промышленности, а также проблемам и перспективам развития нанотехнологий.

Рассматриваются размерные эффекты в нанообъектах, классификация наноматериалов, их состав, строение, свойства, методы получения и методы исследования.

Пособие включает в себя краткие основные сведения о физических эффектах в сверхпроводниках, справочный материал, задачи и примеры их решения. Основная цель настоящего пособия – дать краткую и необходимую информацию для закрепления материала в рамках курса Микро- и нанотехнологии.

Целью пособия является формирование у студентов бакалавриата способности к коммуникации в устной и письменной формах на русском и иностранном языках для решения задач профессионального взаимодействия, умения владеть техникой перевода текстов, электронными словарями и текстовыми редакторами, знания иностранного языка для межличностного общения с иностранными партнерами, знания особенностей делового общения на русском и иностранном языках, умения анализировать речь оппонента на русском и иностранном языке, умения выстраивать межкультурную, деловую, профессиональную коммуникацию с учетом психологических, поведенческих, социальных характеристик партнеров на русском и иностранном языках, владения навыками публичного выступления, устной презентации результатов профессиональной деятельности на русском и иностранном языке, умения логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь в сфере профессиональной деятельности на русском и иностранном языке. Пособие включает 2 раздела: «Нанотехнологии» и «Наноинженерия». Каждый раздел содержит задания и упражнения на обучение следующим видам речевой деятельности: чтению, говорению, письму и восприятию речи на слух. В пособие включены аутентичные материалы.

Хрестоматия представляет собой набор фрагментов текстов, которые, как уверены составители пособия, помогут начинающим специалистам в полной мере понять и осознать предмет изучаемой области. Выбранные фрагменты наглядно демонстрируют мировые тенденции и требования промышленности к техническим специалистам широкого профиля.

Содержит теоретические основы науки о нанотехнологии, наноинженерии, наноматериалах и комплекс заданий для аудиторной работы по практике перевода и изучению терминологии.

Книга, представляющая собой заметки о инженерной и педагогической работе Льва Николаевича Патрикеева — профессора кафедры микро- и наноэлектроники Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», талантливого инженера, чуткого гуманитария и гибкого педагога, повествует о дружбе, сотрудничестве и взаимной помощи в научном мире.

Методические указания содержат теоретические сведения о причинах изменения электрических свойств материалов при переходе в наноразмерное состояние, примеры решения типовых задач, общие рекомендации для расчета электрических характеристик материалов и задачи для самостоятельного решения.

Методические указания содержат информацию об основных законодательных актах, обеспечивающих единство измерений в сфере нанотехнологий, о стратегии развития приоритетных направлений экономики, об условиях формирования метрологических центров обеспечения и оценки соответствия продукции наноиндустрии, а также вопросы для обсуждения на практических занятиях.

В пособии даны общие представления о различных моделях ESD событий, методов их тестирования, представлены схемные реализации различных стратегий защиты от ESD входных и выходных IO - ячеек, клампов питания, описана методология проектирования архитектуры защиты от ESD для всей микросхемы при одном и нескольких доменах питания

Рассмотрены базовые положения современного представления о строении и отдельных свойствах микрообъектов от молекул до наноструктур. Изложены основы специально разработанной для описания и теоретического исследования микромира квантовой механики. Специальный раздел посвящен вопросу о физической природе химических связей. В связи с широким применением в строительстве лазеров рассмотрен принцип их действия. Заключительная часть пособия особенно важна для понимания свойств нанообъектов и посвящена вопросам, связанным с физическими процессами на границе микро- и макромиров. Особое внимание уделено проявлению соотношений числа пограничных и внутренних атомов общей структуры.

В учебном пособии акцентируется прикладной и проективный характер современного философского знания, обусловленный формированием сложного нелинейного информационно-сетевого общества. Современная философия занимается не только концептуально-методологической разработкой проблем естественных, технических и социально-гуманитарных наук, но и проектированием и исследованием возможных миров социальной практики, что приобретает особое значение на современном этапе развития человеческой цивилизации. В пособии рассматриваются актуальные проблемы прикладной философии, а также новые методологические подходы, разрабатываемые с позиции целостного единства мира и природы человека в свете древнеегипетской эзотерической синтетической философии как основания мировой философии и в контексте новейших высоких технологий.

В пособии рассмотрены взаимодействие световых потоков с полупроводниковой структурой, режимы обработки, процессы отжига и рекристаллизации поликремниевых и аморфных слоев, отжига и легирования полупроводниковых структур, формирование контактно-металлизационной системы, планаризация, а также получение диэлектрических пленок.

Методические указания содержат теоретические сведения о понятиях инновационности нанотехнологических проектов и программах развития наноиндустрии в США, странах Европейского Союза и РФ, критерии и методы оценки эффективности инновационных проектов, примеры расчетов показателей экономической эффективности инвестиционных проектов и практические расчетные задания.

Представлены теоретические основы методов исследования наноматериалов – растровой электронной микроскопии и рентгеновской дифрактометрии. Изложены рекомендации по выполнению заданий в ходе учебной, производственной и преддипломной практики.

Содержат краткие теоретические сведения об основных положениях химической термодинамики и их применении к расчету функций состояния термодинамических наноструктурированных систем, а также примеры решения задач и практические расчетные задания.

В учебном пособии рассмотрены волноводные структуры, в которых за счет малого по сравнению с длиной волны поперечных размеров имеются запредельные (запрещенные) зоны частот (энергий). Показано, что введение активных сред приводит к качественному изменению физических свойств этих структур - запредельные области трансформируются в зоны усиления. Рассмотрены возможности создания нового класса микроэлементов и наноэлементов на базе запредельных структур в различных частотных диапазонах электромагнитного излучения: от микроволнового до оптического. Описываются особенности распространения электромагнитных волн в безграничных изотропных и анизотропных средах в областях их запредельных параметров, особенности отражения и прохождения волн через границы раздела с запредельными средами. Рассмотрено распространение волн в запредельных однородных и неоднородных волноводных структурах, в периодических структурах. Описываются особенности резонансных свойств экранированных структур с запредельными средами. Авторами не ставилась задача полного охвата известного к настоящему времени материала, имеющейся литературы и авторских приоритетов.

В учебном пособии представлены физические свойства основных материалов, применяемых в оптике и нанооптике, их параметры и методы изготовления, применения, основные типы элементов интегральной оптики и нанооптики и основы работы функциональных элементов интегральной нанооптики, основные методы производства элементов интегральной оптики, интегрально-оптических устройств. Учебное пособие является введением в предмет и авторами не ставилась задача сколько нибудь полного охвата известного к настоящему времени материала, имеющейся литературы и авторства представленных материалов.

Методические указания содержат теоретические сведения о физических основах оптического метода контроля структуры материалов, в том числе микроскопии высокого разрешения – сканирующей ближнепольной и конфокальной оптической микроскопии, правила проведения металлографического анализа черных и цветных сплавов, порядок выполнения и оформления результатов лабораторных работ.

В учебном пособии рассматриваются принципы управления современными технологическими системами в отраслях экономики, основанные на использовании информационного подхода в анализе производства. Книга учит принимать экономически оптимальные решения с точки зрения организации эффективного производственного процесса и обеспечения конкурентоспособности производимой продукции.

Впервые технологии микро- и наноэлектроники рассмотрены неразрывно с технологиями высокочистых веществ и материалов в основополагающем ключе «высокая чистота материала — высокое качество продукции». Рассмотрены основные процессы получения высокочистых веществ и материалов на их основе, процессы и технологии получения эпитаксиальных структур кремния, арсенида галлия и др., технологии их обработки при переходе к компонентам электронной техники. Пособие может быть использовано студентами всех форм обучения, в том числе и по смежным специальностям, как для самостоятельной работы, так и выполнения курсовых проектов, а также в качестве конспекта лекций по курсу «Технология материалов электронной техники». Содержит перечень контрольных вопросов для оценки усвоения студентами материала.

Сенсорные системы на основе технологий МЭМС и НЭМС, способные работать при высоких температурах, в агрессивных средах и/или под воздействием сильной радиации, весьма перспективны для применений в жестких внешних условиях. Они позволяют снизить вес, повысить надежность и уменьшить стоимость изделий в ключевых сегментах рынка, таких как автомобилестроение, авионика, промысловая геофизика и ядерная энергетика. В статье дан обзор последних достижений в области МЭМС- и НЭМС-датчиков для жестких условий с акцентом на материалы и устройства. Особое внимание уделено работе датчиков при высоких температурах. Применительно к таким устройствам рассматриваются широкозонные полупроводниковые материалы для высокотемпературных применений. В качестве новой тенденции в области высокотемпературных применений рассмотрены микрооптоэлектромеханические системы (МОЭМС). Как пример МОЭМС-датчика для жестких условий представлен датчик вибраций

Достижения нанотехнологий основаны на принципиально новых научных знаниях о природе строения материалов, и, соответственно, принципиально новых технологиях и принципах конструирования. В данной работе собраны наиболее яркие (по мнению автора) публикации последних лет /1-20/ о наиболее значимых достижениях в области нанотехнологий и наноэлектроники и перспективах их развития. В ряде случаев публикации приведены практически без купюр, чтобы не исказить мнение авторов по наиболее важным их идеям и утверждениям. Автор взял на себя лишь труд отобрать из буквально «моря информации» материалы, соприкасающиеся с направлениями технических дисциплин ПГУТИ, скомпоновать и представить эти материалы в форме лекций для студентов телекоммуникационных специальностей. Цель данной работы – в популярной форме познакомить студентов ПГУТИ с новейшими достижениями науки и техники в рамках изучаемых ими дисциплин.

Рассмотрены базовые положения современного представления о строении и отдельных свойствах микрообъектов от молекул до наноструктур. Изложены основы специально разработанной для описания и теоретического исследования микромира квантовой механики. Специальный раздел посвящен вопросу о физической природе химических связей. В связи с широким применением в строительстве лазеров рассмотрен принцип их действия. Заключительная часть пособия особенно важна для понимания свойств нанообъектов и посвящена вопросам, связанным с физическими процессами на границе микро- и макромиров. Особое внимание уделено проявлению соотношений числа пограничных и внутренних атомов общей структуры.

В книге в легкой и непринужденной форме рассказывается о совсем непростых и серьезных вещах о рисках нанотехнологий. Серая слизь и боевые нанороботы вот всё, что знает рядовой потребитель об угрозах, связанных с нанотехнологиями. Но это лишь капля в море. Велик разрыв между миром «нано» и миром «макро», по этому понять характер угроз, исходящих от этого мира, очень сложно. Но именно от этого понимания зависит, насколько человек сможет овладеть нанотехнологиями, научиться безопасно обращаться с наноматериалами, контролировать распространение нанопродуктов, не допускать использования результатов научно технического прогресса во вред себе и окружающей среде.

Подробно рассмотрены фундаментальные физические эффекты и электронные процессы, характерные для наноразмерных структур. Описаны принципы функционирования и типы наноэлектронных приборов для обработки информации. Приведены нанотехнологические подходы, позволяющие формировать приборные структуры наноэлектроники и спинтроники. Наряду с обновленным и расширенным теоретическим материалом предыдущего издания в данное издание включены практические задачи и контрольные вопросы для самопроверки, призванные закрепить изучаемый теоретический материал.

Мы живем в эпоху нанотехнологий. Мы уже больше десяти лет прожили в эпохе нанотехнологий. Не знаете? Не верите? Сомневаетесь? Цель этой книги — дать знание, вселить веру, развеять сомнения. Взглянем на нанотехнологии непредвзято и увидим, что они есть не что иное, как новая синтетическая наукоемкая дисциплина, в рамках которой произошло долгожданное объединение физических, химических и биологических знаний. Вглядимся в окружающий мир, в нас самих — и увидим множество нанообъектов, составляющих материальную основу бытия. Посетим промышленные предприятия — и обнаружим разнообразные нанотехнологии. И наконец заглянем в будущее и представим, как нанотехнологии изменят нашу жизнь.

Уникальность данного учебного пособия о получении, свойствах и применении неорганических наноматериалов состоит в том, что оно учитывает специфику и программу подготовки в России химиков-технологов, особенно специализирующихся на материалах для энергетики. Особое внимание уделено терминологии в области нанонауки и нанотехнологии. Приведены сведения о необычных, нетипичных веществах, материалах и способах их получения с целью помочь читателям выработать собственные идеи.