《薄膜材料與器件》教學大綱

《薄膜材料與器件》課程教學大綱課程英文名ThinFilmMaterialsandDevices課程代碼05M0095學分2總學時32理論學時32實驗/實踐學時0課程類別專業(yè)教育課課程性質(zhì)任選先修課程材料科學基礎(chǔ)、大學物理適用專業(yè)材料科學與工程開課學院材料與化學學院一、課程地位與課程目標（一）課程地位薄膜材料與器件在能源、傳感、通信、存儲、芯片、電路等領(lǐng)域起著重要的支撐作用，掌握薄膜材料與器件的制備、特性分析、應用和研究前沿，對材料科學與工程專業(yè)學習者具有重要的意義?！侗∧げ牧吓c器件》課程是在此背景下材料科學與工程一級學科下設(shè)的專業(yè)教育選修課，它是材料科學與工程專業(yè)本科生在完成通識教育課和學科基礎(chǔ)課后，為光學材料方向?qū)W生設(shè)置的專業(yè)教育選修課（4選3），是材料科學與工程類專業(yè)培養(yǎng)的重要組成課程。通過此課程的學習，使學生能更深刻的掌握薄膜材料的制備，以及光電薄膜器件設(shè)計過程中需要考慮的界面、工藝兼容、光電分配等因素，進而提高學生對薄膜材料與器件的認識，培養(yǎng)學生運用薄膜材料與器件的知識分析、設(shè)計和解決復雜工程問題的能力。（二）課程目標掌握薄膜材料的制備、生長機理和光電特性，可以從薄膜材料的生長原理和光電特性出發(fā)，選取最佳的薄膜生長工藝。培養(yǎng)學生系統(tǒng)考慮問題的能力，能夠在考慮節(jié)能、環(huán)保、高效等因素的基礎(chǔ)上進行材料設(shè)計；掌握光電薄膜器件設(shè)計與制備過程中涉及的界面、工藝兼容、光電分配等知識，能夠?qū)嶋H應用中發(fā)現(xiàn)的復雜工程問題，從多學科、全周期、經(jīng)濟成本、國家需求的角度綜合考慮，系統(tǒng)分析其影響因素，并提出合理的解決或改進方案。二、課程目標達成的途徑與方法《薄膜材料與器件》課程教學以課堂教學為主，結(jié)合自主學習和國家熱點需求，針對薄膜材料涉及的生長原理、制備工藝方法、光電特性等，掌握設(shè)計和制備光電薄膜器件時所需考慮的多種因素，并運用所學知識分析和解決材料科學與工程領(lǐng)域復雜工程問題的能力，培養(yǎng)學生的社會責任感和時代使命感，塑造出具有正確價值觀、良好能動性、豐富知識儲備的“三位一體”型人才。具體達成的途徑與方法如下：課堂教學主要講述薄膜材料的制備工藝、生長原理、表征方法、光電特性和光電薄膜器件的相關(guān)知識。將簡單的應用實例融入理論教學中，使學生能夠更加容易理解抽象的理論知識點，提高學習興趣，形成良好的思維方式和學習方法；充分借助雨課堂、BB平臺、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代教學手段，鼓勵學生積極思考實際生活中和國家戰(zhàn)略需求中所涉及的光電材料，運用所學知識對其性能進行評價、表征，并提出性能改善的方法，培養(yǎng)學生獨立思考的意識和自主學習的能力。針對薄膜材料與器件的知識點理解，采用課堂測驗教學方式，培養(yǎng)學生理論知識的理解與應用能力。在課堂教學的基礎(chǔ)上，列出部分光電材料與器件相關(guān)的熱點應用和國家關(guān)切的問題，以自主學習（文獻綜述）和討論（課堂PPT講解）的方式充分發(fā)揮學生的自主能動性，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、分析、解決復雜工程問題的能力；三、課程目標與相關(guān)畢業(yè)要求的對應關(guān)系課程目標課程目標對畢業(yè)要求的支撐程度畢業(yè)要求2-3畢業(yè)要求7-2畢業(yè)要求11-2課程目標（1）0.70.20.2課程目標（2）0.30.80.8畢業(yè)要求指標點支撐權(quán)重（2）問題分析：能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，通過合適的科學原理和抽象模型識別和表達復雜工程問題，通過查閱文獻、標準、規(guī)范規(guī)程，分析新材料的產(chǎn)品設(shè)計、性能檢測、工藝制定和質(zhì)量管理等多方面復雜工程問題，能獲得有效結(jié)論。2-1能夠運用相關(guān)科學原理認識、判斷需要解決的新材料的產(chǎn)品設(shè)計、性能檢測、工藝制定和質(zhì)量管理等復雜工程問題；2-2能夠運用自然科學和工程科學的基本原理、數(shù)學模型方法、文獻研究來表達和分析復雜工程問題；2-3能夠針對新材料產(chǎn)品設(shè)計、工藝路線、性能檢測、質(zhì)量管理等復雜工程問題建立評價標準、分析影響因素、獲得結(jié)論。0.5（7）環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展：能夠理解和評價針對新材料的產(chǎn)品設(shè)計、性能檢測、工藝制定和質(zhì)量管理等多方面的復雜工程問題的專業(yè)工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。7-1理解新材料開發(fā)及工程應用與環(huán)境保護和社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系；7-2能夠從環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展分析和評價新材料設(shè)計、制備及工程實踐的可持續(xù)性，評價新材料產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)周期對于人類和環(huán)境的影響。0.4（11）項目管理：理解并掌握新材料產(chǎn)品設(shè)計和實施全周期、全流程的過程管理、成本分析與決策方法，并能在多學科環(huán)境中應用。11-1理解新材料研發(fā)、生產(chǎn)及工程應用過程中涉及的重要管理與經(jīng)濟決策方法；11-2了解新材料研發(fā)、生產(chǎn)及工程應用中全周期、全流程的成本構(gòu)成，能夠綜合工程活動中的多學科因素，運用工程管理與經(jīng)濟決策方法進行合理分析。0.35四、課程主要內(nèi)容與基本要求知識點主要內(nèi)容基本要求1緒論（1）薄膜材料簡介L1（2）光電薄膜材料與器件的應用L12薄膜材料制備技術(shù)（1）真空技術(shù)基礎(chǔ)L2（2）薄膜材料的物理制備方法L3（3）薄膜材料的化學制備方法L33薄膜材料生長原理（1）凝結(jié)過程與表面擴散過程L3（2）薄膜的力學性能L3（3）薄膜晶核的形成與生長L3（4）薄膜形成過程的模擬計算L14薄膜材料的光電特性（1）薄膜材料的光學性能L3（2）薄膜材料的電學性能L3（3）薄膜材料的光電性能L3（4）薄膜材料的功能及應用L25薄膜材料的表征方法（1）概述L1（2）X射線衍射法L2（3）掃描電子顯微鏡L2（4）透射電子顯微鏡L2（5）X射線光電子能譜L2（6）二次離子質(zhì)譜L1（7）原子力顯微鏡L2（8）膜厚分析L26光電薄膜器件及應用（1）薄膜太陽電池L3（2）薄膜材料在LED器件中的應用L3（3）薄膜材料在探測器中的應用L1（4）薄膜材料在傳感器中的應用L1基本要求：L1-理解，L2-掌握，L3-熟練掌握五、課程教學學時安排章節(jié)號教學內(nèi)容學時數(shù)學生任務對應課程目標第一章（2學時）（1）薄膜材料簡介1自主選擇一種與薄膜材料與器件相關(guān)的熱點問題進行調(diào)研，文獻綜述課程目標2（2）光電薄膜材料與器件的應用1第二章（7學時）（1）真空技術(shù)基礎(chǔ)1了解目前主流的真空設(shè)備及其應用范圍課程目標1（2）薄膜材料的物理制備方法3總結(jié)薄膜材料的制備方法和各自優(yōu)缺點，自選一種功能材料，并闡明選取相應制備工藝的理由課程目標1課程目標2（3）薄膜材料的化學制備方法3第三章（6學時）（1）凝結(jié)過程與表面擴散過程1總結(jié)抑制薄膜生長質(zhì)量的主要因素，并結(jié)合制備工藝提出相應的改善手段課程目標1課程目標2（2）薄膜的力學性能1（3）薄膜晶核的形成與生長2（4）薄膜形成過程的模擬計算2了解相應模擬軟件課程目標1第四章（6學時）（1）薄膜材料的光學性能1理解LED的工作原理和基本結(jié)構(gòu)，完成課后作業(yè)課程目標1課程目標2（2）薄膜材料的電學性能1（3）薄膜材料的光電性能2（4）薄膜材料的功能及應用2掌握薄膜材料的主要功能并聯(lián)系實際應用分析其作用課程目標1課程目標2第五章（5學時）（1）概述1任選一薄膜材料XRD或XPS數(shù)據(jù)，并進行分析課程目標1課程目標2（2）X射線衍射法（3）X射線光電子能譜（4）透射電子顯微鏡1任選一薄膜材料SEM或TEM數(shù)據(jù)，并進行分析課程目標1課程目標2（5）掃描電子顯微鏡（6）二次離子質(zhì)譜1理解基本原理和數(shù)據(jù)分析課程目標1（7）原子力顯微鏡1任選一薄膜材料AFM數(shù)據(jù)，并進行分析課程目標1課程目標2（8）膜厚分析1理解基本原理課程目標1第六章（6學時）（1）薄膜太陽電池2任選一模塊，分析某一功能薄膜材料在不同器件應用中的作用、主要影響因素課程目標1課程目標2（2）薄膜材料在LED器件中的應用2（3）薄膜材料在探測器中的應用1（4）薄膜材料在傳感器中的應用1備注：根據(jù)學生學情適當調(diào)整教學進度，通過測驗來對學生學習情況進行考核。六、考核方法及成績評定考核內(nèi)容考核方式評定標準（依據(jù)）占總成績比例過程考核課堂測驗：含課堂討論發(fā)言、案例講解、雨課堂答題和BB平臺參與度雨課堂形成性報告，BB平臺使用情況，案例講解情況30%過程考核課后作業(yè)完成情況、到課率作業(yè)完成情況，課堂到課情況20%期末考核課程論文課程論文考核評分表50%考核類別考察成績登記方式百分制七、推薦教材與主要參考書（一）、推薦教材：《薄膜物理與器件》，肖定全，國防工業(yè)出版社，2011（二）、主要參考書：《ThinFilmMaterials》，L.B.Freund，CambridgeUniversityPress，2004《PhotoenergyandThinFilmMaterials》，XiaoyuYang，WileyScrivenerpublishing，2019《ThinFilmsMaterialsTechnology》，KiyotakaWasa，SpringerandWilliamAndrew,IncCo-press，2004《ThinFilmDeviceApplications》，KasturiLalChopra，Plenumpress，2012《薄膜技術(shù)與薄膜材料》，田民波，清華大學出版社，2011《半