Высоковакуумные технологические процессы в наноинженерии. Книга 3

 
 
 
 
 
 
 
 
КОМПЛЕКТ 

учебно-методических комплексов дисциплин 
по тематическому направлению деятельности 
национальной нанотехнологической сети 

«НАНОИНЖЕНЕРИЯ» 

Высоковакуумные технологические процессы в наноинженерии 

БИБЛИОТЕКА «НАНОИНЖЕНЕРИЯ» 

 
В семнадцати книгах 
 
 
 1. МЕТОДЫ МИКРОСКОПИИ 

 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 
В НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 3. ВЫСОКОВАКУУМНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ 
В НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 4. МНОГОКОМПОНЕНТНОЕ 3D-ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
НАНОСИСТЕМ 

 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 
НАНОСИСТЕМ 

 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАНОСЕНСОРОВ 

 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 
НАНОСИСТЕМ 

 8. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ НАНОСИСТЕМ 

 9. МЕТОДЫ ЛИТОГРАФИИ В НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 10. ЭЛИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ 

 11. ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ 

 12. ОПТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ 

 13. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ  
НАНОСИСТЕМ 

 14. ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ МИКРО- 
И НАНОСИСТЕМ 

 15. БИОНАНОИНЖЕНЕРИЯ 

 16. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОИНЖЕНЕРИИ 

 17. САПР НАНОСИСТЕМ 

 
 
 
 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана 
Москва 2011 

Конспект лекций 
3 

Ю. В. Панфилов, К. М. Моисеев, В. П. Михайлов 
 
 
 
 
ВЫСОКОВАКУУМНЫЕ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ 
ПРОЦЕССЫ  
В НАНОИНЖЕНЕРИИ 
 
 
 
Учебно-методический комплекс 
по тематическому направлению деятельности 
ННС «Наноинженерия» 
 
 
 
Под редакцией заслуженного деятеля науки РФ, 
члена-корреспондента РАН, профессора 
В. А. Шахнова 
 
 
Допущено учебно-методическим объединением вузов 
по университетскому политехническому образованию 
в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению 152200 «Наноинженерия» 
 

 

Высоковакуумные технологические процессы в наноинженерии 

УДК 621.01.03 
ББК 34.44 
 
П16 
 
УМК подготовлен в соответствии с заданием государственного  контракта 
№ 16.647.12.2008 на выполнение работ в рамках направления 2-й федеральной 
целевой программы «Развитие инфраструктуры  
наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2011 годы» 
 
Рецензенты: 

кафедра «Вакуумная электроника» Московского физико-технического 
института (зав. кафедрой, академик РАН  А. С. Бугаев); 
кафедра «Электроника и информатика» Российского государственного 
технологического университета им. К. Э. Циолковского 
(зав. кафедрой, профессор  С. Б. Беневоленский) 
 
 

П16 

Панфилов Ю. В.

Высоковакуумные технологические процессы в наноинженерии : 

учеб. пособие / Ю. В. Панфилов, К. М. Моисеев, В. П. Михайлов. –
М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. – 192 с. : ил. (Библиотека 
«Наноинженерия» : в 17 кн. Кн. 3).

 
ISBN 978-5-7038-3494-7 (кн. 3) 
 
ISBN 978-5-7038-3509-8 

Методические материалы по дисциплине «Высоковакуумные технологические процессы в наноинженерии» содержат нормативную базу дисциплины, рекомендации по организации и проведению лекций, лабораторных 
работ, перечень учебных видеоматериалов, слайдов, плакатов и другие 
дидактические материалы для работы профессорско-преподавательского 
состава по данной дисциплине. 
Для студентов, аспирантов и преподавателей высших технических 
учебных заведений по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Наноинженерия». Будет полезен всем, занимающимся 
вопросами нанотехнологий, наноинженерии, проектированием МЭМС  
и НЭМС, созданием электронных систем различного назначения. 
 
УДК 621.01.03 
ББК 34.44 
 
 
 Панфилов Ю. В., Моисеев К. М., 
Михайлов В. П., 2011 
 
 Министерство образования 
 
 
и науки РФ, 2011 
ISBN 978-5-7038-3494-7 (кн. 3) 
 Оформление. Издательство МГТУ 
ISBN 978-5-7038-3509-8 
 
им. Н. Э. Баумана, 2011 

Конспект лекций 
5 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Успех в продвижении России по нанотехнологическому пути 
развития во многом будет зависеть от эффективности системы 
подготовки кадров, для создания и развития которой необходимо 
современное и качественное учебно-методическое обеспечение. 
Основная особенность нанотехнологии – ее междисциплинарный характер, который требует особых методических приемов 
и подбора соответствующего научного и учебного материала. 
В настоящее время имеется существенная нехватка учебнометодического обеспечения такого характера. Поэтому адаптация 
учебно-методического обеспечения для подготовки кадров по программам высшего профессионального образования для тематических направлений ННС и его апробация на базе ведущих университетов Российской Федерации направлены на реализацию инновационной модели образования, подразумевающую тесную связь 
учебного и научно-исследовательского процесса на базе проектных методов обучения, современных экспериментальных методик 
и перспективных технологических процессов создания наноматериалов, наноструктур, приборов, устройств и систем на их основе. 
Современные образовательные программы должны обеспечивать 
приобретение студентами профессиональных навыков и компетенций, необходимых для эффективной и самостоятельной работы 
в наноиндустрии. 
В связи с этим актуальной задачей является разработка и издание УМК, которые обеспечат учебно-методическую поддержку 
подготовки бакалавров и магистров по основным образовательным 
программам высшего профессионального образования по тематическому направлению деятельности ННС «Наноинженерия» образовательными учреждениями высшего профессионального образования на территории Российской Федерации. 
Целью создания данного комплекта УМК является повышение 
эффективности междисциплинарной подготовки бакалавров и магистров путем распространения передового опыта в разработке 

Высоковакуумные технологические процессы в наноинженерии 

УМО среди вузов, осуществляющих подготовку по тематическим 
направлениям ННС, и внедрения компонентов вариативного 
маршрутного 
обучения 
на 
базе 
адаптированного 
учебнометодического комплекса дисциплин по тематическому направлению деятельности ННС «Наноинженерия». 
УМК разработаны коллективом авторов в рамках реализации 
федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры 
наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2011 годы». 
На базе представленных УМК создана вариативная система 
маршрутного междисциплинарного обучения студентов по тематическому направлению деятельности ННС «Наноинженерия», 
обеспечивающая подготовку квалифицированных специалистов 
с соответствующими профилями. Разработаны электронные версии учебно-методических комплексов дисциплин на основе Webверсии, соответствующей стандарту SCORM 2004, 3rd edition 
(http://nanolab.iu4.bmstu.ru). 
Глубокую благодарность авторы выражают рецензентам: А. С. Бугаеву – академику РАН, заведующему кафедрой Московского физико-технического института, и С. Б. Беневоленскому – профессору, заведующему кафедрой Российского государственного технологического университета им. К. Э. Циолковского, чьи замечания способствовали улучшению содержания УМК. 
Разработанные 17 УМК обеспечат учебно-методическую поддержку подготовки бакалавров и магистров по основным образовательным программам высшего профессионального образования 
по направлению подготовки «Нанотехнология» с профилем подготовки «Наноинженерия» образовательными учреждениями высшего профессионального образования на территории Российской Федерации. 
Авторы будут признательны читателям за все замечания по содержанию УМК, которые следует направлять по адресу: 105005, 
Москва, 2-я Бауманская ул., МГТУ им. Н. Э. Баумана. 
 
В. А. Шахнов 

Конспект лекций 
7 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 

CVD
–
Chemical Vapor Deposition (химическое осаждение 
из газовой фазы)

АИИ
–
автономный источник ионов

АЛТ
–
атомно-лучевое травление

АСМ
–
атомно-силовая микроскопия

ВИМС
–
вторично-ионная масс-спектрометрия

ВЧ
–
ток высокой частоты

ГТ
–
газовое травление

ДИ
–
дуговой испаритель

ИД
–
испаритель дуговой

ИЛТ
–
ионно-лучевое травление

ИПТ
–
ионно-плазменное травление

ИС
–
интегральная схема

ИТ
–
ионное травление

ИХТ
–
ионно-химическое травление

КП
–
катодное пятно

КР
–
коэффициент распыления

МЛЭ
–
молекулярно-лучевая эпитаксия

МОП
–
металл-оксид-полупроводник транзистор

МРС
–
магнетронная распылительная система

МЭМС
–
микроэлектромеханическая система

НРС
–
наноразмерная структура

ПАВ
–
поверхностные акустические волны

ПМИ
–
преобразователь манометрический ионизационный

ПМТ
–
преобразователь манометрический термопарный

ПХТ
–
плазмо-химическое травление

ПЭМ
–
просвечивающий электронный микроскоп

РАЛТ
–
реактивное атомно-лучевое травление

РИЛТ
–
реактивное ионно-лучевое травление

РИПТ
–
реактивное ионно-плазменное травление

РМА
–
рентгеновский микроанализатор

РТ
–
радикальное травление

Высоковакуумные технологические процессы в наноинженерии 

РЭМ
–
растровый электронный микроскоп

СБИС
–
сверхбольшая интегральная микросхема

СВЧ
–
сверхвысокие частоты

СЗМ
–
сканирующая зондовая микроскопия

СТМ
–
сканирующая туннельная микроскопия

ХАЧ
–
химически активная частица

ХТ
–
химическое травление

ЦМД
–
центральный магнитный домен

ЧПП
–
чистое производственное помещение

ЭИПТ
–
электронные, ионные и плазменные технологии

ЭОС
–
электронно-оптическая система

Конспект лекций 
9 

ВВЕДЕНИЕ 

Предмет «Высоковакуумные технологические процессы в 
наноинженерии» изучается студентами в течение 5-го семестра. 
Дисциплина «Высоковакуумные технологические процессы  
в наноинженерии» охватывает основные вопросы по созданию  
и использованию такой технологической среды, как вакуум, а также по технологическим процессам, протекающих в вакууме, 
направленным на формирование объектов нанотехнологий. 
Методологически дисциплина «Высоковакуумные технологические процессы в наноинженерии» строится на основе оптимального соотношения теоретических и прикладных вопросов с обязательным участием студентов в самостоятельном исследовании 
особенностей создания вакуумной технологической среды и технологических процессов, протекающих в ней. Программа дисциплины направлена на решение задач, которые ставятся перед специалистами в современных условиях разработки технологий  
и оборудования для реализации высоковакуумных технологических процессов, требующих широких знаний как в области физических основ высоковакуумных технологических процессов, так  
и в области проектирования оборудования для них. Лабораторные 
работы, включенные в состав дисциплины «Высоковакуумные 
технологические процессы в наноинженерии», спланированы таким образом, чтобы студенты могли осознать, закрепить и расширить знания, полученные на лекциях, а также смогли сами провести расчеты и измерения параметров процессов в вакууме. 
Учитывая большое разнообразие высоковакуумных технологических процессов и оборудования для их реализации, в состав курса «Высоковакуумные технологические процессы в наноинженерии» включены лабораторные работы по основным технологическим методам. Лабораторные работы ориентируют студентов на 
решение типовых задач формирования технологической среды  
и расчета параметров технологических процессов, возникающих 
при производстве объектов наноинженерии, выбор соответствую

Высоковакуумные технологические процессы в наноинженерии 

щих методов достижения воздействия на объект. Темы лабораторных работ и их содержание связаны с формированием у будущих 
специалистов практических навыков выбора и расчета высоковакуумного технологического оборудования и процессов, направленных на объекты наноинженерии. 
В составе дисциплины «Высоковакуумные технологические 
процессы в наноинженерии» предусмотрены теоретические разделы, по которым имеются доступные учебно-методические материалы и учебная литература, изучаемые студентами самостоятельно. Содержание соответствующих тем разделов направлено на 
усиление роли фундаментальных знаний в теоретической и профессиональной подготовке студентов и способствует формированию фундаментальных системных знаний и развитию творческих 
способностей. 
Программа курса предусматривает выполнение в течение семестра студентами, изучающими данный предмет, одного домашнего задания на тему «Расчет режимов и параметров ионноплазменной обработки материалов». 
Для выполнения домашнего задания необходимы навыки работы студентов с вакуумным технологическим оборудованием. Изучение данного оборудования и приобретение практических навыков работы с ним студенты осуществляют в рамках лабораторных 
работ по данному курсу.