Διδασκόμενη ύλη

Στα πλαίσια του εργαστηρίου οι φοιτητές ασκούνται σε 9 εργαστηριακές ασκήσεις και στην επεξεργασία πειραματικών δεδομένων.

1. Μηχανικές ιδιότητες μετάλλων και πολυμερικών υλικών και σκληρομετρία. Μηχανική συμπεριφορά στερεών υλικών υπό εφελκυσμό: ελαστική, ανελαστική και πλαστική παραμόρφωση. Καμπύλες τάσης-παραμόρφωσης δειγμάτων και προσδιορισμός των τελικών μηχανικών ιδιοτήτων τους. Μέτρηση ιξωδοελαστικών ιδιοτήτων (bode plot).
2. Εισαγωγή στην Μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων. Χρήση λογισμικού πεπερασμένων στοιχείων για τη λύση των εξισώσεων ελαστικότητας και υπολογισμού τάσεων, τροπών και μετατοπίσεων των υπό μελέτη αντικειμένων/εξαρτημάτων. Ορισμός γεωμετρίας φορέα, ορισμός υλικού, ορισμός φορτίσεων, ορισμός εδράσεων, δημιουργία πλέγματος, αριθμητική επίλυση του μοντέλου.
3. Οπτικοποίηση Συγκέντρωσης Τάσεων Μέσω Φωτοελαστικότητας. Μελέτη και περιγραφή το προφίλ τάσεων στα υπό μελέτη δοκίμια με διάταξη κυκλικού πολωσίμετρου.
4. Μέτρηση και Υπολογισμός Βέλους Κάμψης. Χρήση διάταξης κάμψης για τη μελέτη τάσεων και μετατοπίσεων (βέλος κάμψης) σε γραμμικούς φορείς που καταπονούνται από φορτίο καμπτικής ροπής.
5. Παρασκευή εμπλουτισμένου ημιαγωγού με θερμική διάχυση προσμίξεων αντικατάστασης. Εισαγωγή στην ελλειψομετρία: μέτρηση πάχους ενδογενούς υμενίου οξειδίου του πυριτίου.
6. Παρασκευή μονωτή με υγρή χημική μέθοδο. Διηλεκτρικά υλικά. Μηχανισμοί πόλωσης διηλεκτρικού, εξάρτηση διηλεκτρικής σταθεράς και αγωγιμότητας από την συχνότητα και την θερμοκρασία. Δομικές ιδιότητες και θερμοκρασία Curie.
7. Εναπόθεση μεταλλικού υμενίου. Σχέση Townsend – καμπύλη Paschen. Πλάσμα-εκκένωση αίγλης. Αποδόμηση στόχου, collision cascade: συντελεστής απόδοσης. Πορεία προς το υπόστρωμα – Magnetron. Εναπόθεση, προσρόφηση, πυρήνωση, δισδιάστατη (Frank-Van der Merwe) και τρισδιάστατη (Volmer-Weber) ανάπτυξη υμενίου. Εφαρμογή σε χαλκό. Μελέτη του ρυθμού εναπόθεσης συναρτήσει της πίεσης του θαλάμου και του ρεύματος ιόντων. Επίδραση στην αγωγιμότητα των υμενίων: μελέτη με δειγματοληψία 4-ακίδων (4-pt probe).
8. Ηλεκτρικές ιδιότητες ημιαγωγών. Ηλεκτρικός χαρακτηρισμός εμπλουτισμένου ημιαγωγού.
   Μέτρηση επιφανειακής αντίστασης με μέθοδο Van der Pauw. Διαπίστωση τύπου και μέτρηση επιφανειακής συγκέντρωσης φορέων αγωγιμότητας με μέθοδο Hall. Μέτρηση χαρακτηριστικής ρεύματος-τάσης (I-V) σκότους, διόδου p+n, εξαγωγή του παράγοντα ιδανικότητας.
9. Δομικός και διηλεκτρικός χαρακτηρισμός μονωτή. Βασικές αρχές περίθλασης ακτίνων-Χ σε πολυ-κρυσταλλικά στερεά: εικόνες Bragg και Laue, επίδραση του κρυσταλλικού μεγέθους στο φάσμα περίθλασης. Αρχή λειτουργίας. Ισοδύναμο κύκλωμα διηλεκτρικού με διαρροή.

Ιστοσελίδα μαθήματος

Το eclass του μαθήματος.

Μαθησιακά αποτελέσματα

Οι φοιτητές με το πέρας του μαθήματος αναμένεται:

• Να γνωρίζουν πώς μελετάται η μηχανική συμπεριφορά διαφόρων υλικών μέσω των βασικών μεθόδων μηχανικών δοκιμών.
• Να γνωρίζουν στοιχεία θεωρίας ημιαγωγών (αγωγιμότητα, τύπος φορέα, τύποι προσμίξεων και εμπλουτισμός με θερμική διάχυση αυτών) και διοδικών ημιαγωγικών διατάξεων.
• Να γνωρίζουν στοιχεία θεωρίας διηλεκτρικών υλικών και την χρησιμότητα τους, πώς παρασκευάζονται με υγρή χημική μέθοδο και έψηση, πώς χαρακτηρίζονται δομικά με περιθλασιμετρία ακτίνων-Χ και ηλεκτρικά με φασματοσκοπία εμπέδησης και την θερμοκρασιακή εξάρτηση της διηλεκτρικής τους απόκρισης.
• Να μπορούν να διεξάγουν πειραματικές μετρήσεις με τεχνικές που χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην παρασκευή και χαρακτηρισμό υλικών.
• Να μπορούν να διακρίνουν και να επιλέγουν ορθά τα απαιτούμενα πειραματικά μέσα (εργαστηριακά όργανα και λογισμικό), να επιλέγουν την σωστή διασύνδεση αυτών μεταξύ τους και/ή με χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή, και να οριοθετούν τις σωστές περιοχές λειτουργίας κάθε μέσου για τις ανάγκες του εκάστοτε πειράματος.
• Να είναι ικανοί να διεξάγουν πειραματικές μετρήσεις με τον βέλτιστο ανά πείραμα τρόπο που να επιτρέπει και μια άμεση πρώτη δειγματοληπτική αξιολόγηση της ποιότητας και άρα της αξιοπιστίας τους η οποία θα βασίζεται και στην γνώση των ιδιοτήτων του εκάστοτε προς μελέτη υλικού.
• Να αξιολογούν τα αποτελέσματα ενός πειράματος, ιδίως δε
  • να δύνανται να επαληθεύσουν ή όχι τα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες που αναμένεται να έχει ένα παρασκευαζόμενο υλικό και αποτελούν στοιχεία αναγνώρισης του αλλά και ποιότητας του, πάντοτε στα πλαίσια των περιθωρίων εμπιστοσύνης των πειραματικών τεχνικών που χρησιμοποιούνται και
  • να μπορούν να προβαίνουν σε λογικές υποδείξεις για αλλαγές που θα μπορούσαν να γίνουν στην μεθοδολογία τέλεσης ενός πειράματος, την χρήση πειραματικών μέσων και την ανάλυση των αποτελεσμάτων ώστε σε επανάληψη της μελέτης να υπάρχει βελτίωση στην επίτευξη των στόχων του πειράματος.

Το μάθημα σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Πλαίσιο Προσόντων Δια Βίου Μάθησης είναι επιπέδου 6 ως μάθημα πρώτου κύκλου σπουδών.

Μέθοδοι Aξιολόγησης

Ο κανονισμός λειτουργίας του μαθήματος και αξιολόγησης των φοιτητών είναι μόνιμα αναρτημένος στην ιστοσελίδα του μαθήματος. Η παρακολούθηση είναι υποχρεωτική και επιτρέπεται το πολύ μία απουσία. Η αξιολόγηση γίνεται στα Ελληνικά. Ο βαθμός του μαθήματος λαμβάνεται από τρεις διαφορετικές αξιολογήσεις:

• από τον βαθμό στην εξέταση προόδου που αποσκοπεί στην επίδειξη του βαθμού προετοιμασίας του φοιτητή όσον αφορά την τις βασικές γνώσεις που θα πρέπει να έχει επί των υλικών, των ιδιοτήτων τους και των πειραματικών τεχνικών που θα συναντήσει κατά την τέλεση των εργαστηριακών ασκήσεων. Οι γνώσεις αυτές εισάγονται στις διαλέξεις και η πρόοδος πραγματοποιείται μετά την ολοκλήρωση τους.
• από βαθμολόγηση της γραπτής αναφοράς που παραδίδεται από κοινού από τα μέλη της κάθε ομάδας φοιτητών που εκτελεί μια πειραματική εργασία. Η αναφορά είναι ξεχωριστή για κάθε εργαστηριακή άσκηση. Βαθμολογείται η ευκρίνεια αλλά και η πληρότητα της αναφοράς όσον αφορά τα ζητούμενα, η ορθότητα στην ανάλυση των πειραματικών δεδομένων και την επεξεργασία των σχετικών αποτελεσμάτων και η κριτική σκέψη σε σχέση με την εγκυρότητα και τον βαθμό αξιοπιστίας των τελικών απαντήσεων
• από την τελική γραπτή εξέταση που δίνει κάθε φοιτητής. Η εξέταση βασίζεται στην αξιοποίηση από τον φοιτητή της μεθοδολογίας και των πειραματικών δεδομένων που παρέχονται έτοιμα από δειγματοληπτικά πειράματα όμοια με αυτά τα οποία πραγματεύονται οι φοιτητές κατά την διάρκεια του εξαμήνου, με σκοπό την απάντηση σε ζητούμενα ίδια ή παρεμφερή με αυτά που απάντησαν οι φοιτητές στις εργαστηριακές αναφορές τους.

Βιβλιογραφία

• “Εργαστήριο Μηχανικής Υλικών”, Πανεπιστήμιο Κρήτης, Ηράκλειο 2023
• Νικόλας Αράβας, Μηχανική των Υλικών (2η έκδοση), Εκδόσεις Τζιόλα, 2023
• Beer-Johnston-Dewolf-Mazurec, Μηχανική των Υλικών (2η έκδοση), Εκδόσεις Τζιόλα, 2010
• Callister Wιlliam D. “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”, 9η Έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα, 2016
• C. Kittel “Εισαγωγή στη Φυσική Στερεάς Κατάστασης”, Εκδόσεις Πνευματικός, 1979
• D. L. Smith “Thin-Film Deposition” McGraw-Hill, Boston, 1995
• S. M. Sze “Physics and Technology of Semiconductor Devices” Wiley, New York, 1981
• M. Barsoum “Fundamentals of ceramics”, Mc Graw-Hill, 1997