【教學(xué)大綱】薄膜科學(xué)與技術(shù)大綱

《薄膜科學(xué)與技術(shù)》課程教學(xué)大綱課程名稱：薄膜科學(xué)與技術(shù)課程類別：專業(yè)選修課適用專業(yè)：化學(xué)考核方式：考查總學(xué)時、學(xué)分：32學(xué)時2學(xué)分其中實驗學(xué)時：0學(xué)時一、課程教學(xué)目的自本世紀(jì)七十年代以來，薄膜技術(shù)與薄膜材料得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，無論在學(xué)術(shù)上還是在實際應(yīng)用中都取得了豐碩的成果，并已成為當(dāng)代真空科學(xué)與技術(shù)和材料科學(xué)中最活躍的研究領(lǐng)域。薄膜技術(shù)、薄膜材料、表面科學(xué)相結(jié)合推動了薄膜產(chǎn)品全方位的開發(fā)與應(yīng)用。本課程通過講授真空及薄膜的物理基礎(chǔ)、薄膜制備工藝、薄膜的形成和結(jié)構(gòu)、薄膜結(jié)構(gòu)的表征技術(shù)等內(nèi)容，目的是使學(xué)生掌握基本的薄膜物理和化學(xué)制備技術(shù)，并了解薄膜材料的基本特點和物性檢測的主要方法，從而拓寬學(xué)生的知識領(lǐng)域，培養(yǎng)出知識結(jié)構(gòu)更為合理的優(yōu)秀人才。二、課程教學(xué)要求通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生初步掌握真空及薄膜的物理基礎(chǔ)，對真空獲得、真空測量、氣體放電、等離子體物理、離子濺射、薄膜生長等有較深入的了解；在重點掌握真空蒸鍍、濺射、化學(xué)氣相沉積等基本工藝的基礎(chǔ)上，對迅速發(fā)展的薄膜技術(shù)有全面的了解；通過資料調(diào)研和課堂討論，在重點了解一兩種薄膜材料的基礎(chǔ)上，對各種類型薄膜材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用有系統(tǒng)的了解。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求能夠使用多種類型薄膜材料的設(shè)備、分析多種類型的薄膜的性能，并初步具備開發(fā)新設(shè)備、制備新材料的能力。三、先修課程學(xué)生學(xué)習(xí)完《功能材料概論》、《材料物理化學(xué)》、《材料現(xiàn)代表征技術(shù)》和《材料物理導(dǎo)論》以后開設(shè)本課程。四、課程教學(xué)重、難點本課程重點是真空的獲得及測量、蒸發(fā)法、濺射法、化學(xué)氣相沉積以及薄膜生長與形核理論。本課程難點是氣體放電、薄膜熱力學(xué)與動力學(xué)以及薄膜生長與結(jié)構(gòu)。五、課程教學(xué)方法與教學(xué)手段教學(xué)方法：課程講授中采用啟發(fā)式教學(xué)，突出重點，講透原理，把鍍膜技術(shù)的發(fā)展和課程教學(xué)緊密結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力。教學(xué)手段：在教學(xué)中采用板書、電子教案及多媒體教學(xué)等相結(jié)合的教學(xué)手段，以確保全面、高質(zhì)量地完成課程教學(xué)任務(wù)。六、課程教學(xué)內(nèi)容第1章薄膜制備的真空技術(shù)基礎(chǔ)（4學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)氣體分子運(yùn)動論的基本概念：氣體分子的速度及其分布；氣體的壓強(qiáng)和平均自由程；氣體分子在表面上的碰撞；真空的劃分；(2)氣體的流動狀態(tài)和真空抽速：氣體的流動狀態(tài)；氣體管路的流導(dǎo)；真空泵的抽速；(3)真空的獲得：真空泵以及工作原理；(4)真空的測量：熱偶規(guī)；離子規(guī)。2．重、難點提示(1)教學(xué)重點：真空物理基礎(chǔ)知識；(2)教學(xué)難點：真空泵工作原理和真空測量的基本原理。第2章蒸發(fā)法（6學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)物質(zhì)的熱蒸發(fā)：真空蒸發(fā)原理；蒸發(fā)鍍膜過程；飽和蒸氣壓和溫度的關(guān)系；蒸發(fā)速率；化合物的蒸發(fā)；合金的蒸發(fā)；(2)薄膜沉積的厚度均勻性與純度：沉積的幾何方向性對薄膜均勻性的影響；蒸發(fā)源的幾何形狀對薄膜均勻性的影響；蒸發(fā)源與基片的相對位置配置；薄膜純度；(3)真空蒸發(fā)裝置：電阻蒸發(fā)源裝置；電子束蒸發(fā)裝置；電弧蒸發(fā)裝置；高頻感應(yīng)蒸發(fā)裝置；脈沖激光沉積裝置。2．重、難點提示(1)教學(xué)重點：影響薄膜純度和厚度均與性的因素，真空蒸鍍技術(shù)；(2)教學(xué)難點：各種蒸發(fā)裝置的工作原理。第3章濺射法及其他物理氣相沉積方法（8學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)氣體的放電現(xiàn)象：濺射的發(fā)展及熱點；輝光放電；(2)物質(zhì)的濺射現(xiàn)象：濺射特性；濺射過程；；(3)濺射機(jī)理：熱蒸發(fā)理論；動量轉(zhuǎn)移理論；(4)濺射鍍膜類型：直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、反應(yīng)濺射、偏壓濺射；(5)其他物理氣相沉積方法方法：離子鍍。2．重、難點提示(1)教學(xué)重點：氣體的輝光放電，濺射鍍膜技術(shù)；(2)教學(xué)難點：濺射的機(jī)理以及各種濺射鍍膜的原理。第4章薄膜的化學(xué)氣相沉積（4學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的類型：高溫分解反應(yīng)；氧化反應(yīng)；合成反應(yīng)；歧化反應(yīng)；(2)化學(xué)氣相沉積過程的熱力學(xué)：熱力學(xué)計算的目的；Si單晶薄膜生長的熱力學(xué)計算；(3)化學(xué)氣相沉積過程的動力學(xué)：氣體輸運(yùn)過程；氣體輸運(yùn)與薄膜均勻性；Si單晶薄膜生長的動力學(xué)計算；(4)化學(xué)氣相沉積裝置：高溫大氣壓CVD；低溫大氣壓CVD；低氣壓CVD；金屬有機(jī)CVD；激光增強(qiáng)CVD；等離子體增強(qiáng)CVD。2．重、難點提示(1)教學(xué)重點：化學(xué)氣相沉積工藝；(2)教學(xué)難點：化學(xué)氣相沉積的熱力學(xué)和動力學(xué)計算。第5章薄膜的生長過程和薄膜結(jié)構(gòu)（6學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)薄膜生長過程概述；(2)薄膜的自發(fā)和非自發(fā)形核理論；(3)連續(xù)薄膜的形成；(4)薄膜生長過程和結(jié)構(gòu)；(4)非晶薄膜；(4)薄膜的外延生長。2．重、難點提示(1)教學(xué)重點：薄膜的形成和生長過程；(2)教學(xué)難點：薄膜生長與形核理論。第6章薄膜材料的表征（4學(xué)時）1．教學(xué)內(nèi)容(1)薄膜厚度的測量；(2)薄膜結(jié)構(gòu)的表征方法：(3)薄膜成分的表征方法。2．重、難點提示(1)教學(xué)重點：薄膜結(jié)構(gòu)和成分的表征技術(shù)；(2)教學(xué)難點：薄膜結(jié)構(gòu)表征技術(shù)的原理。七、學(xué)時分配章目教學(xué)內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)理論教學(xué)學(xué)時一薄膜制備的真空技術(shù)基礎(chǔ)4二蒸發(fā)法6三濺射法及其他物理氣相沉積方法8四薄膜的化學(xué)氣相沉積4五薄膜的生長過程和薄膜結(jié)構(gòu)6六薄膜材料的表征4總計32八、課程考核方式1.考核方式：筆試；開卷2.成績構(gòu)成試卷成績九、選用教材和參考書目［1］《真空鍍膜》，李云奇編，化學(xué)工業(yè)出版社，2012年；［2］《功能薄膜及其制備技術(shù)》，戴達(dá)煌，代明江，候惠君編，冶金工業(yè)出版社；2013年；［