Program wykładu z teorii wzrostu kryształów

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
2. Wzrost warstw epitaksjalnych półprzewodników na świecie i w Polsce (Michał
Leszczyński) - 12.10.2007
- Wzrost warstw epitaksjalnych i zastosowania: elektronika, optoelektronika
- Perspektywy nowych zastosowań
3. 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
4. Równowagowe własności powierzchni krystalicznych (Stanisław Krukowski) 26.10.2007
- równowagowy kształt powierzchni
- równowagowa struktura powierzchni krystalicznych
- powierzchnie kryształów rzeczywistych: relaksacja i rekonstrukcja
5. 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.
6. 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
7. Procesy transportu w fazie ciekłej i gazowej (Stanisław Krukowski) - 30.11.2007 oraz
06.12.2007
- konwekcja
- dyfuzja
- przewodnictwo cieplne
8. Domieszkowanie (Keshra Sangwal) - 13.12.2007
- włączanie defektów punktowych
- tworzenie wytrąceń obcej fazy
9. Dyslokacje i inne defekty rozciągłe (Keshra Sangwal) – 20.12.2007
- naprężenia i tworzenie dyslokacji niedopasowania
- defekty płaskie i in.
10. Wybór kształtu podczas wzrostu i jego stabilność (Jolanta Prywer ) – 11.01.2008
- teorie opisu kształtu
- morfologiczna stabilność
- ewolucja kształtu podczas wzrostu
11. Modelowanie procesów transportu w skali makroskopowej (Stanisław Krukowski) –
18.01.2008
- Metoda skończonej różnicy - FDM
- Metoda skończonej objętości - FVM
- Metoda elementu skończonego - FEM
- Metody rozwiązywania równań nieliniowych
- Równania transportu
- Równania sprężystości
12. Modelowanie procesów wzrostu kryształów w skali atomowej (Stanisław Krukowski)
– 25.01.2008
- Metoda Monte Carlo
- Metoda dynamiki molekularnej
- Metoda funkcjonału gęstości - DFT