МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ЯРОСЛАВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
КАФЕДРА НАНОТЕХНОЛОГИЙ В ЭЛЕКТРОНИКЕ
ДНЕВНИК
Производственной практики
Студента 4 курса Ольшанова Дмитрия Валерьевича
Учебной группы МЭ-41 СО/010803.65
Вид практики: производственная
Сроки практики: 6.07.2012 – 19.07.2012
Место практики Ярославский Филиал Учреждения Российской академии наук Физико-Технологического института РАН (ЯФ ФТИАН)
Руководитель практики: с.н.с. Постников А.В.
________________________
(подпись студента)
Ярославль 2012 г.
Тема практики:
Расчет магнитного поля постоянного цилиндрического магнита
Задание на производственную практику и календарный план выполнения работ:
1. Знакомство с текущей научной деятельностью Ярославского Филиала Учреждения Российской академии наук Физико-Технологического института РАН (ЯФ ФТИАН)
2. Расчет магнитного поля постоянного цилиндрического магнита.
Задание выдал: ________________________________________________
(подпись руководителя, дата)
Задание получил: ______________________________________________
(подпись студента, дата)
Заключение научного руководителя (заполняется после завершения практики)
__________________________
(подпись, фамилия руководителя)
1. Общие сведения о ЦКП
Центр коллективного пользования научным оборудованием «Диагностика микро- и наноструктур» (ЦКП ДМНС) создан при Ярославском госуниверситете 1 ноября 2006 г., приказ № 382, решение Ученого совета ЯрГУ от 24.10.2006 г.
C 07.11.2007 г. ЦКП ДМНС - интегрированное структурное подразделение ЯрГУ и ФТИАН.
С июня 2008 г. Центр участвует в мероприятиях Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы».
2. Области и основные направления научных исследований
Комплексные исследования в области микро- и наноэлектроники. Разработка физических, технологических и метрологических основ создания критических элементов структур интегральных приборов наноэлектроники. Методы диагностики микро- и наноструктур электроники, наноматериалов, биоорганических нанообъектов. Разработка нанокомпозитных и наноструктурированных материалов для солнечной энергетики и химических источников тока.
Лаборатории
1. Лаборатория диагностики микро- и наноструктур
2. Лаборатория наноэлектроники и спинтроники
3. Лаборатория исследования формирования многослойных структур.
4. Лаборатория физики и технологии наноструктур.
4. Методики
Вторичная ионная масс-спектрометрия:
- послойный физико-химический анализ конструкционных материалов;
- послойный анализ функциональных элементов интегральных микросхем;
- послойный анализа сверхрешеток;
- контроль дозы легирующих примесей в полупроводниках и структурах на их основе;
- физико-химический анализ микрочастиц с размерами менее 0,1 мкм
- трехмерный анализа распределения элементов;
- исследования примесей и дефектов в кристаллах и минералах;
- физико-химический анализ биоорганических нанообъектов;
- количественный микроанализ для геологии и экологии.
Сканирующая электронная микроскопия:
- исследование морфологии и дефектоскопия конструкционных материалов и деталей;
- исследование наночастиц и наноматериалов;
- исследование и диагностика приборов микро- и наноэлектроники;
- исследование биологических нанообъектов;
- исследование материалов химической промышленности.
Сканирующая зондовая микроскопия и профилометрия:
- исследование топографии поверхности конструкционных материалов;
- исследование морфологии поверхности полимерных и органических материалов;
- исследование поверхности материалов и приборов микро- и наноэлектроники;
- исследование биомакромолекул и живых клеток.
- диагностика образцов в 3D-нанозондовой системе субатомарного разрешения;
- электрофизические измерения структур микро- и наноэлектроники в 3D-нанозондовой системе субатомарного разрешения;
- нанолитографии в 3D-нанозондовай системе субатомарного разрешения;
- спектроскопические исследования структур микро- и наноэлектроники в 3D-нанозондовой системе субатомарного разрешения.
Рентгеноструктурный анализ:
- определение одной или нескольких фаз в неизвестной пробе;
- количественное определение известных фаз в смеси;
- определение структуры кристаллов и параметров элементарной ячейки;
- анализ поведения вещества в различных газовых средах, если структура кристаллов изменяется при изменении температуры, давления или газовой фазы;
- анализ поверхности и тонких пленок;
- анализ текстуры, возникающей в условиях прокатки, волочения
Просвечивающая электронная микроскопия:
- контроль продуктов современных литографических технологий;
- исследование микро- и нанорельефа поверхности образца и получение стереоизображения топографии поверхности;
- анализ распределения химических элементов в объекте (на основе рентгеноспектрального анализа);
- исследование точечных и линейных дефектов материалов – вакансий и дислокаций;
- анализ распределения потенциалов в сложных микроизделиях;
- исследование распределения магнитных полей в образце;
- метрология микроизделий.
Оже-спектроскопия
- сканирующая электронная микроскопия;
- оже-электронная спектроскопия;
- сканирующая электронная микроскопия и оже-электронная спектроскопия.
Фотовольтаика
измерение и анализ световых и темновых вольтамперных характеристик солнечных элементов.
5. Оборудование
1. Времяпролетный масс-спектрометр IONTOF SIMS5 (ION-TOF GmbH, ФРГ) – 2007 г. выпуска.
2. Вторичный ионный масс-спектрометр IMS-4F (CAMECA, Франция) – 1986 г. выпуска.
3. Просвечивающий электронный микроскоп Tecnai G2 F20 U-TWIN (FEI, Нидерланды) – 2009 г. выпуска.
4. Автоэмиссионный сканирующий электронный микроскоп с комплексом диагностики наноструктур Supra 40 (Carl Zeiss, ФРГ) с приставкой INCAx-act (Qxford Instruments) - 2008 г. выпуска.
5. Растровый электронный микроскоп в комплекте с рентгеновским спектрометром Ultra 55 (Leo Supra) (Zeiss, Германия) – 2006 г. выпуска.
6. Микроскоп электронный LEO 430 SEM (Carl Zeiss, Германия - Великобритания) – 1992 г. выпуска.
7. 3D-нанозондовая система «GPI- Cryo-SEM» - сканирующий туннельный микроскоп на базе вакуумной системы СЭМ Supra 40 с системой пробоподготовки (Протон-МИЭТ) – 2009 г. выпуска.
8. Класс мультимикроскопов CM-2000 и профилометров модели 130 (ЗАО «Протон-МИЭТ», Россия) – 2008 г. выпуска.
9. Спектрометр Оже PHI-660 (Perkin-Elmer, США) – 1987 г. выпуска.
10. Спектрометр ИК Фурье IFS-113v (Bruker, Германия) – 1988 г. выпуска.
11. Измерительный комплекс Oriel I-V (Newport, США) – 2009 г. выпуска.
12. Трехмерный оптический бесконтактный анализатор структуры поверхности с системой высокоточного позиционирования образцов ZYGO New View (ZYGO, США) – 2005 г. выпуска.
13. Рентгеновский дифрактометр ARL X'tra (Thermo Fisher Scientific, Швейцария) – 2010 г. выпуска.
14. Калориметр дифференциальный сканирующий DSC 204/1/G Phoenix (MAVEG, Германия) – 2002 г. выпуска.
15. Установка ионной имплантации с системой RBS анализа K2MV (НVЕЕ, Нидерланды) – 1989 г. выпуска.
16. Электронно-литографический комплекс RAITH 150D (Raith, Германия) – 2006 г. выпуска,.
17. Установка плазмохимического осаждения MINI GOUPYL (Alcatel, Франция) – 1989 г. выпуска.
Расчет поля постоянного цилиндрического магнита.
Вектор индукции магнитного поля равен [1]
где 
- оператор Набла, 
- векторный потенциал.
где 
Гн/м, 
- плотность тока в А/м2, 
- элемент объема в м3. Подставим (2) в (1):
Если намагниченность 
сосредоточенна в объеме V, тогда (1) и (2) примут вид [2]:
Расчет проведен для цилиндрического постоянного магнита с намагниченностью 
А/м. Начало цилиндрической системы координат помещено на торце магнита (см. рис. 1).
| Рис. 1. Постоянный цилиндрический магнит. |
Для магнита с однородной намагниченностью вдоль оси
Тогда, плотность тока
Из (7) следует, что интеграл по объему в (5) равен нулю. На основании (8), магнитная индукция примет вид
Для вычисления магнитной индукции необходимо расписать (9) по компонентам. z - компонента магнитной индукции вдоль оси цилиндра Oz:
z - компонента магнитной индукции на расстоянии r:
Радиальная компонента магнитной индукции вдоль оси цилиндра Oz:
Радиальная компонента магнитной индукции:
На основании формул (10)-(13) численно рассчитаны в пакете MatLab [3] значения магнитной индукции для разных проекций (см. рис. 2-4) для цилиндрического магнита радиуса R = 10 мм, и высотой L = 10 мм. Текст программы представлен в приложении А.
|
| Рис. 2. z - компонента магнитной индукции вдоль оси цилиндра Oz. |
|
| Рис. 3. z - компонента магнитной индукции на расстоянии r от оси у торца магнита (z = 0). |
|
| Рис. 4. r - компонента магнитной индукции вдоль оси цилиндра Oz. |
|
| Рис. 5. r - компонента магнитной индукции вдоль радиального направления. |
Заключение
В ходе производственной практики я ознакомился с основным оборудованием центра коллективного пользования «Диагностика микро- и наноструктур», узнал о методиках работы на данном оборудовании, познакомился с основными направлениями научных исследований. Провел расчет магнитного поля постоянного цилиндрического магнита.
Список литературы
1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учеб. пособ.: Для вузов. В 10 т. Т. II. Теория поля. – 8-е изд., стереот. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 536 с.
2. Edward P.F. Permanent Magnet and Electromechanical Devices. Material, Analysis, and Applications. San Diego: Academic Press, 2001. – 518 p.
3. Кеткво Ю.Л., Кетков А.Ю., Шульц М.М. MATLAB 7: программирование, численные методы. – СПб.: БХВ – Петербург, 2005. – 752 с.
Приложение А
