Мы с удовольствием публикуем работы конкурса «Моя лаборатория», который провели в рамках Олимпиады Программа «Мастерские инноваций» ФИОП РОСНАНО и МГУ имени М.В.Ломоносова.
В наш век многие школьники предпочитают выбрать профессию юриста, экономиста, бизнесмена, кутюрье. К сожалению, инженерные специальности остаются за бортом интересов современной молодежи. Данная статья написана в увлекательной сказочно-фантастической манере для привлечения внимания школьников к техническим профессиям, так как за ними будущее. В данной статье описываются одни сутки из жизни лаборатории кафедры «Нано- и микроэлектроника» Пензенского государственного университета.
На первый взгляд в нашей лаборатории нет ничего примечательного. Она напоминает обычный компьютерный класс. Вдоль стен в два ряда стоят компьютеры, к каждому из которых подключена коробочка размером с магнитофон – автоматизированный лабораторный стенд (рисунок 1). Около огромного, во всю стену, окна располагается трон сисадмина – повелителя лаборатории. Напротив валяется куча непонятных приспособлений, которыми студенты пользуются раз или два в своей университетской жизни.
Автоматизированные лабораторные стенды
Но вот рабочий день подошел к концу. В коридорах почти не осталось студентов, закончили репетицию ребята из кружка художественной самодеятельности, ушли домой все преподаватели. Отгорел закат, и сгустились сумерки. Университет погрузился в глубокий сон.
Бом-м! Бом-м! Бом-м! - часы пробили полночь. По опустевшим коридорам пронесся легкий ветерок: сначала робко, осторожно облетел парадную лестницу, заполнил собой второй этаж и устремился вверх. Он проникал везде, просачивался в каждую щелочку, в каждую аудиторию, неся в безжизненное пространство неповторимую свежесть и жажду знаний. Заглянул он и в лабораторию. И случилось чудо!
В темноте вдруг загорелся синий огонек светодиода, послышался звук работающего вентилятора. Компьютер сисадмина проснулся, спросонок немного помигал экраном, проверил порты и приступил к работе. Некоторое время спустя включились и другие компьютеры.
- Итак, начнем! - обратился по локальной сети сисадмин, - Для начала проверим, все ли присутствуют. Эффект Холла здесь?
- Здесь! – замигал монитор на первой парте.
- Так. Хорошо. Магнитные материалы здесь?
- Здесь! – донеслось слева.
- Фотопроводимость?
- Тута я! – пропищало в середине ряда.
- Сегнетоэлектрики здесь?
- Х-р-р-р! – раскатистый храп пронесся по залу.
- Так! Хватит спать на занятиях! Почему тормозим?
- Погода плохая. Или скорость падает, – зевая, ответил стенд для исследования сегнетоэлектриков.
- Ты что, днем не высыпаешься?! Мало того, что студенты на тебя жалуются, так ты еще и к учебе не готов! Еще раз увижу – вылетишь из аудитории!
- Угу. – Сразу притих стенд.
- Остальные все здесь?
- Здесь, только Четырехзондового метода нет.
- А что с ним?
- Заболел.
- Опять зонды сломал?
- Да.
- Ладно. Но в следующий раз передайте ему, чтобы не увлекался. А то он может отстать.
- Хорошо, мы ему скажем, - понимающий вздох прокатился по аудитории. Четырехзондовый стенд любил измерять удельное сопротивление зубами-зондами. Он должен был немного прижимать ими образец из полупроводника к металлическому столику, но у него не получалось правильно рассчитать силу, отчего зонды постоянно ломались. Но он всё-таки хотел закончить эксперимент и пытался снова и снова. Это стремление к победе очень ценили преподаватели.
- Итак, приступаем к выполнению лабораторной работы, – объявил сисадмин. – Все знают свое задание?
- Да! – хором ответили стенды.
- Тогда вперед!
И работа закипела. Каждый делал, что умел и что ему нравилось. Фотопроводимость, мурлыча под нос какую-то ей одной известную мелодию, освещала полупроводник фонариком и смотрела, как кванты света – фотоны – выбивают из полупроводника электроны и дырки, и как те разбегаются в стороны от места попадания света, пока не встретят других электронов и дырок. Тогда каждый электрон соединяется со своей дыркой, и оба они исчезают [2]. Это было так романтично: будто бы двое влюбленных встретились и растворились друг в друге.
Стенд Оптоэлектронные приборы только посмеивался, глядя, как Фотопроводимость нянчится со своими электрончиками. Он был серьезным прибором, и задание было ему под стать – очень важное. Он снимал вольтамперные характеристики фотодиодов и фототранзисторов в темноте и при освещении. Он уже почти догадался, в чем там фишка: чем сильнее освещается образец, тем больше образуется электронов и дырок, тогда базовый ток увеличивается, а вместе с ним увеличивается и коллекторный ток (это для транзисторов). Для фотодиодов все также: у них с увеличением освещенности тоже возрастает фототок [3]. А, впрочем, задания у Оптоэлектронного стенда с Фотопроводимостью были очень похожи. В глубине души она ему даже нравилась, но он стеснялся ей в этом признаться. Кто знает, может быть, из них получится идеальная пара?
Магнитные материалы с Сегнетоэлектриками - друзья не разлей вода. Поэтому задания им достались практически одинаковые, только один исследовал сегнетоэлектрики, а другой – ферромагнетики. Им надо было получить петлю гистерезиса, которая показывает, насколько намагнитится ферромагнетик, или какой заряд накопит сегнетоэлектрик при определенной напряженности поля (электрического или магнитного) [4].
Самая интересная работа была у Эффекта Холла. Ему надо было сначала шарахнуть кубик из полупроводника с двух сторон перпендикулярно друг другу электрическим и магнитным полями, а потом еще ухитриться поймать ЭДС (электродвижущую силу) Холла, вылетающую из оставшихся граней кубика [5]. Разумеется, после всего этого нужно было провести необходимые расчеты, для чего у каждого компьютера имелась программа MathCad.
В это время на шестом этаже озоровали два брата-микроскопа – Атомно-силовой (АСМ) (рисунок 2) и Сканирующий Туннельный (СТМ). Они брали в «рот» все что ни попадя, ощупывали образец кантилевером, как языком, и рассказывали друг другу о микроструктуре вещества [6]:
Устройство атомно-силового микроскопа
- А я сегодня газовый сенсор съел! – хвастался АСМ – Он та-а-кой пористый, как шоколадка! Сделан по золь-гель технологии. М-м-м, пальчики оближешь! А ты чего такой грустный?
- Я на диете. – вздыхал СТМ. - Мне непроводящее нельзя.
- Нашел из-за чего грустить! Напыли сверху пленку металлическую и ешь спокойно. Вон наша повариха тебе поможет.
Неподалеку суетилась пузатая установка для вакуумного напыления. Она то и дело приподнимала юбку, засовывала во внутренний карман образцы и пылила, пылила, пылила! Со стороны это смотрелось, как будто танцовщица кабаре отплясывала лихой канкан. В результате получались вкусные блестящие пластинки, которые так любил СТМ.
В соседней аудитории занимался научной работой инфракрасный Фурье-спектрометр. Он изучал спектры поглощения, пропускания и отражения света через образец. В одной руке он держал ванночку, в другой – фонарик, которым старательно просвечивал жидкость. Своим зорким глазом Фурье-спектрометр определял, сколько света определенной длины волны (цвета) прошло сквозь образец, сколько отразилось и сколько застряло внутри. По результатам своих наблюдений спектрометр рисовал график, напоминающий горы (рисунок 3), а по нему уже рассчитывал химический состав образца. Таким образом он уже исследовал водопроводную воду на наличие загрязнений.
Спектр поглощения
Пока везде шли занятия, в маленькой каморке на втором этаже творилось настоящее волшебство. Здесь зарождалась новая жизнь. Компьютер хозяина лаборатории бережно поглаживал курсором мыши рисунок печатной платы своего будущего ребенка – стенда для микродугового оксидирования. Плата выглядела безупречно, но он должен был убедиться, что при ее работе неhttp://www.nanometer.ru/2014/11/30/moa_laboratoria_442714.html возникнет никаких неполадок, и его дитя будет здоровым и веселым. С криком «Агу!» по комнате ползал другой его сыночек – стенд для измерения биоимпеданса. Он очень хотел прицепиться к кому-нибудь своими зажимами-крокодильчиками и померить сопротивление, но так как ни одного человека в комнате не было, он игрался с погремушкой из резисторов.
Темнота ночи сменилась зарей. Где-то вдалеке кукарекнул петух. Солнце взошло. Гул на улице усилился, и послышались шаги идущего по коридору человека. Компьютер сисадмина встрепенулся, уловив чутким микрофоном колебания воздуха.
- Ребята, занятие закончено. Если вы что-то не успели сделать, доделаете завтра. А сейчас скиньте ваши работы в папку «Студент» на диске D. А теперь – ЗАМРИТЕ!
Тут дверь аудитории открылась, и вошел старший преподаватель кафедры микроэлектроники. Его компьютер призывно мигал монитором. «И кто это командовал в моей лаборатории?» - была первая мысль преподавателя. А когда он открыл папку «Студент», его удивлению не было предела. Все выполненные работы заслуживали оценку «отлично». «Чудеса!» - развел руками старший преподаватель. Компьютер довольно подмигнул зеленым огоньком и послал всем сообщение: «Вы справились на «отлично», ребята! Так держать!».
Список использованных источников
1. Официальный сайт кафедры «Нано- и микроэлектроника» Пензенского государственного университета [Электронный ресурс]. – режим доступа: http://dep_nime.pnzgu.ru, свободный;
2. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 2000. – 494 с.;
3. Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы. Учеб. для вузов. - М.: Высш. шк., 1987. – 480 с.;
4. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники. – Спб.: Лань, 2001. – 368 с.;
5. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Физические основы конструирования и технологии РЭА и ЭВА - М.: Сов. Радио, 1999. – 354 с.;
6. Суздалев И. П. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. – изд. КомКнига, 2006. – 592 с;
7. Методические разработки кафедры «Нано- и микроэлектроника» Пензенского государственного университета.
Об авторе
 |
Голубков Павел Евгеньевич - студент 1 курса магистратуры кафедры «Нано- и микроэлектроника» Пензенского государственного университета [1]. Увлекается наукой и техникой, участвует во многих конкурсах и выставках технического творчества. В свободное время пишет стихи. |
