Фізичні принципи сенсорики
Інcтитут/Факультет: РФФ
Курс: 4-Бак
Семестр: 1
Підсумковий контроль: іспит
Лектор: Скришевський В. А., д. ф.-м. н., професор
Кафедра: Кафедра нанофізики конденсованих середовищ
Вид навчального курсу: Курс за вибором навчального закладу
Дисципліна „Фізичні принципи сенсорики” є базовою нормативною дисципліною для спеціальності “радіофізика”, яка викладається в 9 семестрі в обсязі 3 кредитів (за Європейською Кредитно-Трансферною Системою ECTS), в тому числі 51 години аудиторних занять. З них 34 годин лекцій, 17 практичні заняття та 51 годин самостійної роботи. Підсумковий контроль у 9 семестрі – іспит.
Метою вивчення нормативної дисципліни „Фізичні принципи сенсорики” є ознайомлення студентів з сучасними досягненнями в області створення «електронного носу» та напівпровідникових сенсорів, базовими фізичними явищами, які покладено в основу сенсорів, оволодіння ними підходами до проведення вимірів токсичних та шкідливих газів та рідин за допомогою систем напівпровідникових сенсорів, моделювання фізичних процесів в сенсорах, навичками використання сучасних програмних середовищ для аналізу отриманих результатів вимірів. Курс „Фізичні принципи сенсорики” є дисципліною в якій акумулюються знання студентів, отриманих в курсах оптики, молекулярної фізики, атомної фізики, фізики поверхні, фізики твердого тіла, напівпровідникової електроніки, наноелектроніки, математичної обробки сигналів.
Предметом навчальної дисціпліни „Фізичні принципи сенсорики” є фізичні явища, які покладено в основу роботи газових та біо-сенсорів, напівпровідникові структури мікро-, опто- та нано-електроніки, на основі яких створюються сенсори, алгоритми та методи вимірів параметрів цих структур, основи технології виробництва та метрології газових і біосенсорів.
В курсі детально розглядаються сучасні підходи до розробки хімічних та біо-сенсорів: І кредит – основні відомості про електронний ніс, методи обробки сигналів від мультисенсорів, газові сенсори на основі метал-оксидних напівпровідників та на основі поверхнево – бар’єрних структур (GasFET, ISFET, MIS); ІІ кредит – люмінесцентні, оптичні та електричні трансдьюсери на основі нанокристалічних напівпровідників, сенсори на основі полімерів, акустичних хвиль, термічних та оптичних явищ, а також фізичні принципи, які покладено в основу роботи напівпровідникових біосенсорів, ІІІ кредит- сенсори біологічних молекул на основі ефекту поверхневого плазмон-поляритонного резонансу.
Вимоги до знань та вмінь.
Знати: основні типи напівпровідникових структур для сенсорів (біполярний транзистор, польовий транзистор, інтегральна схема, бар’єр Шоткі, резистор, оптод, оптоволокно), механізми адсорбційно- десорбційних процесів та каталізу на поверхні напівпровідника, властивості напівпровідникових матеріалів (кремній, нанокремній, тонкі плівки метал-оксидів, полімери), базові фізичні принципи трансдьюсерів, характеристики та методи вимірів (оптичні, електрофізичні, фотоелектричні, люмінесцентні).
Вміти: самостійно пояснити принцип роботи найбільш важливих сенсорів (вологості, СО, вуглеводнів, лямбда-сенсорів, оксидів азоту, рН-метрів та інших) та вміти аналізувати результати вимірів, розуміти основні параметри та характеристики сенсорів.
Місце в структурно-логічній схемі спеціальності. Нормативна навчальна дисципліна „Фізичні принципи сенсорики” є складовою циклу професійної підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня „магістр” в якій акумулюються знання студентів, отриманих на молодших курсах як з суто фізичних курсів так і з курсів математики, англійської мови, тощо.
Список літератури:
Перелік рекомендованої літератури:
Основна:
- В.А.Скришевський, Фізичні основи напівпровідникових хімічних сенсорів, Київ, Київський університет, 2006
- S.M.Sze, Semiconductor Sensors, Wiley, New York, 1996.
- Sensors (A Comprehensive Book Series): Chemical and Biochemical Sensors / eds W.Gopel, Weinheim.: VCH, 1991.- V.2
- D.Kohl, Function and applications of gas sensors, J.Phys.D, 2001, V.34, p.125-149
- Ristic L. Sensor Technology and Devices, Boston: Artech House, 1994.
- Поверхностные поляритоны, под. Ред. В.Аграновича и Д.Миллса, М.: Наука, 1977
- M.Raesler, P.Mayer, Near-Field Optics. Theory, Instrumentations and applications, New York.: J.Willey, 1996
- 8.H. W. Siesler, Y. Ozaki, S. Kawata, H. M. Heise S. Kawata. Near-Field Optics and Surface Plasmon Polaritons – WILEY-VCH Springer, 2001.
Додаткова:
- Волькенштейн Ф. Электронные процессы на поверхности полупроводника при хемосорбции. – М.: Наука, 1987.
- Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2 т. – М.: Мир, 1981.
- Литовченко В.Г., Горбань А.П. Основы физики микроэлектронных систем металл–диэлектрик–полупроводник. – К.: Наук. думка, 1978.
- Стриха В.И. Теоретические основы работы контакта металл–полупроводник. – К.: Наук. думка, 1974.
- Технология СБИС / Под ред. С. Зи.: В 2 т. – М.: Мир, 1986.
- Физическая энциклопедия / Под ред. А.М. Прохорова. – М.: Сов. энцикл., 1988.
- Bisi O., Ossicini S., Pavesi L. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics // Surface Sci. Reports, 2000. – Vol. 38.
- Porous Semiconductors – Science and Technology. – Spain: Proc. 1–5 Int. Conf., 1998, 2000, 2002, 2004, 2006, 2008
- Properties of Porous Silicon / Ed. L. Canham. – UK: Emis: INSPEC publ., 1997.
- Yu.V.Demidenko, S.V.Kriuchenko, V.Z.Lozovski, Electromagnetic waves in an inhomogeneously polarized layer of adsorbed molecules, Surf.Sci.- 1995.- v.338.- p.283-292.
- H. W. Siesler, Y. Ozaki, S. Kawata, H. M. Heise S. Kawata. Near-Field Optics and Surface Plasmon Polaritons – WILEY-VCH Springer, 348pages, 2001.
- В.Ю.Первак, Ю.О.Первак, А.П.Шпак, K.Ю.Куницька . Фізика фотонних кристалів – К. Академперіодика, 2007..