薄膜材料课程教学大纲

1、PAGE PAGE - 6 -本科生课程大纲课程名称薄膜材料（Film Materials）课程代码072503201285课程属性专业知识课时/学分32/2课程性质选修实践学时责任教师课外学时64(32*2)课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、 课程介绍 1.课程描述：薄膜材料与技术是微电子技术、信息技术、能源技术等相关技术的基础，无论是在基础研究方面还是产业化开发方面都在迅速发展并对现代社会产生巨大影响。本课程主要系统介绍各种成膜技术的基本原理和方法，包括蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀、化学气相沉积、液相制膜技术以及薄膜表征技术等。学生通过比较系

2、统地掌握薄膜材料与技术的基础知识并了解该领域的发展态势及一些前沿方向，既有助于其完善自身知识框架结构，又可以为以后进入相关企业工作或进一步求学深造奠定良好基础。2.设计思路： 本课程首先介绍与薄膜材料制备密切相关的真空知识，然后系统介绍化学气相沉积和物理气相沉积两大类固态薄膜制备方法的基本原理和相关设备，最后介绍薄膜材料的生长机理及表征技术手段。此外，还穿插介绍其他薄膜制备方法和薄膜材料国际研究前沿领域等知识，使同学在学习薄膜基础知识的同时了解该领域的国内外研究进展，拓宽学生的知识面并激发其探索求知的欲望。课程主要包括三个模块：真空相关知识、薄膜制备方法及设备、薄膜生长机理及表征手段。（1）真

3、空相关知识真空技术是薄膜材料制备的基础，薄膜制备装置中通常都需要配备由各种真空泵组成的真空泵组以得到需要的真空条件。本部分主要介绍真空的基本概念、单位、气体的流动状态、真空泵以及真空计等，使学生全面掌握真空的物理意义、真空的产生设备以及测量装置，为后续介绍薄膜沉积装置打好基础。本部分的教学以理论讲授为主，穿插视频教学和课堂讨论。（2）薄膜制备方法及设备薄膜材料的制备方法有很多种，本部分主要介绍最常见的两大类方法：物理气相沉积和化学气相沉积，此外简单介绍其他气相法和液相法制备薄膜的技术手段，如分子束外延、液相外延、电镀、离子镀和LB技术等。重点介绍物理气相沉积和化学气相沉积的原理、设备以及两大类

4、方法各自的优势和不足。讲授本部分内容时，将会较多地穿插薄膜制备的相关视频以及国内外研究前沿，使同学更加直观地了解薄膜制备的流程以及薄膜在国防和国民生活中的应用。此外，适当安排学生分组调研薄膜材料国际研究前沿，通过资料检索，PPT制作及学生报告的方式提高学生的综合能力并激发学生学习的兴趣。（3）薄膜生长机理及表征手段薄膜的生长机理主要包括形核理论和生长理论，主要通过理论讲授的方式进行，使同学能从热力学和动力学的角度去分析气压、温度、浓度等因素对薄膜形核和生长过程的影响机理，真正做到知其然还要知其所以然。薄膜材料的表征手段与传统的块体材料基本相同，因此本部分仅简单介绍常用的既适用于薄膜也适用于块体

5、材料的表征手段，包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射等，重点介绍薄膜厚度和应力测量方法，包括等厚干涉法、等色干涉法以及石英晶体振荡器法等。3. 课程与其他课程的关系先修课程：物理化学二、课程目标本课程的目标是使学生掌握薄膜材料的制备方法、原理、设备及表征技术手段，了解薄膜材料的应用领域以及国内外研究前沿。通过学习该课程，使学生具备从事薄膜材料设计、生产和表征测试相关领域工作的能力。（1）了解薄膜材料的应用领域和国际前沿等；（2）掌握常见真空泵和真空计的原理和使用条件，掌握常见的化学气相沉积和物理气相沉积制备薄膜的方法和设备，掌握薄膜的生长机理及常见的表征测试手段，具备设计合理的实验方

6、案进行薄膜制备和表征分析的能力；（3）培养学生独立或通过团队合作的方式了解某一领域的国际研究前沿、进行方案设计以及解决问题的能力，通过不断学习和练习力求达到工程教育认证标准。三、学习要求薄膜材料课程各章知识点之间具有较强地逻辑连续性，在理论讲授的同时还会穿插一定量的国际前沿介绍、视频教学和分析讨论等环节，需要学生在学习理论知识的同时，综合提高独立设计、团队协作、资料检索和整理、幻灯片制作和语言表达能力。为达到以上学习任务和目标，学生必须： （1）按时上课、上课认真听讲，积极参与课堂讨论。本课程将包含一定次数的课下作业、小组作业展示等课堂活动。 （2）保质保量的按时完成课下作业。作业分为两类：个

7、人独立完成作业和团队协作完成作业，个人独立作业需要上交纸质版作业，团队协作作业需要以3-5人小组为单位，检索和查阅资料，整理成PPT并在课堂上向大家讲述并回答同学提出的问题。四、教学内容内容顺序主题计划课时主要内容概述1. 绪论薄膜与生活2薄膜材料与高新技术的关系及薄膜技术的发展现状2. 真空技术真空理论2介绍真空技术的基本知识及相关设备；各种真空泵与真空规的工作原理；各种真空装置的实际问题。3. 物理气相沉积（PVD）蒸发沉积4真空蒸发、物质的热蒸发，元素的平衡蒸气压，薄膜沉积的厚度均匀性和纯度，阴影响效应，真空蒸发装置溅射沉积6溅射镀膜的特点、溅射的基本原理、溅射镀膜类型、溅射镀膜的厚度均

8、匀性；离子镀原理、离子镀的特点、离子轰击的作用、离子镀的类型4. 化学气相沉积（CVD）热力学与动力学2化学气相沉积热力学、气体输运与反应；化学气相沉积动力学沉积装置2CVD装置的基本组成，常见CVD沉积方法及原理，LB技术，阳极氧化和微弧氧化技术5. 薄膜的生长过程和薄膜结构薄膜形核2自发形核和非自发形核理论，衬底温度和沉积速率对形核过程的影响薄膜生长2连续薄膜的形成过程，薄膜的四种典型结构以及气压和温度对结构的影响内应力与附着力2薄膜成分、微结构和溅射参数对内应力的影响，薄膜和基片界面的四种典型类型，增加薄膜附着力的途径，薄膜附着力的定性测试方法6. 薄膜表征厚度测量2等厚干涉法和等色干涉

9、法测量薄膜厚度的方法及原理，表面粗糙度仪和石英晶体振荡器法测量薄膜厚度的原理形貌和结构表征2扫描电子显微镜和透射电子显微镜的工作原理以及样品制备流程，低能和高能电子衍射的原理及其在薄膜结构分析中的应用，扫描隧道显微镜和原子力显微镜的工作原理成分分析2X射线衍射仪、X射线能量色散谱仪和波长色散谱仪、俄歇电子能谱、X射线光电子能谱、卢瑟福背散射技术和二次离子质谱仪的工作原理7. 薄膜的性质及应用性质及应用2薄膜的耐磨、耐冲击和耐腐蚀等机械性能，电学、磁学和光学性能，薄膜在防腐涂层、电磁吸波涂层、磁存储介质和太阳能电池等领域的应用。五、参考教材与主要参考书1、参考教材唐伟忠，薄膜材料制备原理、技术及应用（第2版），冶金工业出版社，2013。2、主要参考书1 杨邦朝，王文生主编，薄膜物理与技术，成都电子科技大学出版社，1994。2 陈国平主编，薄膜物理与技术，东南大学出版社，1993。六、成绩评定（一）考核方式 A.闭卷考试 ：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他（二）成绩综合评分体系： 成绩综合评分体系比例%1.课堂讨论及平常表现20%2.平时