《薄膜材料与器件》教学大纲

《薄膜材料与器件》课程教学大纲课程英文名ThinFilmMaterialsandDevices课程代码05M0095学分2总学时32理论学时32实验/实践学时0课程类别专业教育课课程性质任选先修课程材料科学基础、大学物理适用专业材料科学与工程开课学院材料与化学学院一、课程地位与课程目标（一）课程地位薄膜材料与器件在能源、传感、通信、存储、芯片、电路等领域起着重要的支撑作用，掌握薄膜材料与器件的制备、特性分析、应用和研究前沿，对材料科学与工程专业学习者具有重要的意义。《薄膜材料与器件》课程是在此背景下材料科学与工程一级学科下设的专业教育选修课，它是材料科学与工程专业本科生在完成通识教育课和学科基础课后，为光学材料方向学生设置的专业教育选修课（4选3），是材料科学与工程类专业培养的重要组成课程。通过此课程的学习，使学生能更深刻的掌握薄膜材料的制备，以及光电薄膜器件设计过程中需要考虑的界面、工艺兼容、光电分配等因素，进而提高学生对薄膜材料与器件的认识，培养学生运用薄膜材料与器件的知识分析、设计和解决复杂工程问题的能力。（二）课程目标掌握薄膜材料的制备、生长机理和光电特性，可以从薄膜材料的生长原理和光电特性出发，选取最佳的薄膜生长工艺。培养学生系统考虑问题的能力，能够在考虑节能、环保、高效等因素的基础上进行材料设计；掌握光电薄膜器件设计与制备过程中涉及的界面、工艺兼容、光电分配等知识，能够对实际应用中发现的复杂工程问题，从多学科、全周期、经济成本、国家需求的角度综合考虑，系统分析其影响因素，并提出合理的解决或改进方案。二、课程目标达成的途径与方法《薄膜材料与器件》课程教学以课堂教学为主，结合自主学习和国家热点需求，针对薄膜材料涉及的生长原理、制备工艺方法、光电特性等，掌握设计和制备光电薄膜器件时所需考虑的多种因素，并运用所学知识分析和解决材料科学与工程领域复杂工程问题的能力，培养学生的社会责任感和时代使命感，塑造出具有正确价值观、良好能动性、丰富知识储备的“三位一体”型人才。具体达成的途径与方法如下：课堂教学主要讲述薄膜材料的制备工艺、生长原理、表征方法、光电特性和光电薄膜器件的相关知识。将简单的应用实例融入理论教学中，使学生能够更加容易理解抽象的理论知识点，提高学习兴趣，形成良好的思维方式和学习方法；充分借助雨课堂、BB平台、互联网等现代教学手段，鼓励学生积极思考实际生活中和国家战略需求中所涉及的光电材料，运用所学知识对其性能进行评价、表征，并提出性能改善的方法，培养学生独立思考的意识和自主学习的能力。针对薄膜材料与器件的知识点理解，采用课堂测验教学方式，培养学生理论知识的理解与应用能力。在课堂教学的基础上，列出部分光电材料与器件相关的热点应用和国家关切的问题，以自主学习（文献综述）和讨论（课堂PPT讲解）的方式充分发挥学生的自主能动性，培养学生发现、分析、解决复杂工程问题的能力；三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度毕业要求2-3毕业要求7-2毕业要求11-2课程目标（1）0.70.20.2课程目标（2）0.30.80.8毕业要求指标点支撑权重（2）问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，通过合适的科学原理和抽象模型识别和表达复杂工程问题，通过查阅文献、标准、规范规程，分析新材料的产品设计、性能检测、工艺制定和质量管理等多方面复杂工程问题，能获得有效结论。2-1能够运用相关科学原理认识、判断需要解决的新材料的产品设计、性能检测、工艺制定和质量管理等复杂工程问题；2-2能够运用自然科学和工程科学的基本原理、数学模型方法、文献研究来表达和分析复杂工程问题；2-3能够针对新材料产品设计、工艺路线、性能检测、质量管理等复杂工程问题建立评价标准、分析影响因素、获得结论。0.5（7）环境与可持续发展：能够理解和评价针对新材料的产品设计、性能检测、工艺制定和质量管理等多方面的复杂工程问题的专业工程实践对环境、社会可持续发展的影响。7-1理解新材料开发及工程应用与环境保护和社会可持续发展的关系；7-2能够从环境、社会可持续发展分析和评价新材料设计、制备及工程实践的可持续性，评价新材料产品研发、生产周期对于人类和环境的影响。0.4（11）项目管理：理解并掌握新材料产品设计和实施全周期、全流程的过程管理、成本分析与决策方法，并能在多学科环境中应用。11-1理解新材料研发、生产及工程应用过程中涉及的重要管理与经济决策方法；11-2了解新材料研发、生产及工程应用中全周期、全流程的成本构成，能够综合工程活动中的多学科因素，运用工程管理与经济决策方法进行合理分析。0.35四、课程主要内容与基本要求知识点主要内容基本要求1绪论（1）薄膜材料简介L1（2）光电薄膜材料与器件的应用L12薄膜材料制备技术（1）真空技术基础L2（2）薄膜材料的物理制备方法L3（3）薄膜材料的化学制备方法L33薄膜材料生长原理（1）凝结过程与表面扩散过程L3（2）薄膜的力学性能L3（3）薄膜晶核的形成与生长L3（4）薄膜形成过程的模拟计算L14薄膜材料的光电特性（1）薄膜材料的光学性能L3（2）薄膜材料的电学性能L3（3）薄膜材料的光电性能L3（4）薄膜材料的功能及应用L25薄膜材料的表征方法（1）概述L1（2）X射线衍射法L2（3）扫描电子显微镜L2（4）透射电子显微镜L2（5）X射线光电子能谱L2（6）二次离子质谱L1（7）原子力显微镜L2（8）膜厚分析L26光电薄膜器件及应用（1）薄膜太阳电池L3（2）薄膜材料在LED器件中的应用L3（3）薄膜材料在探测器中的应用L1（4）薄膜材料在传感器中的应用L1基本要求：L1-理解，L2-掌握，L3-熟练掌握五、课程教学学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第一章（2学时）（1）薄膜材料简介1自主选择一种与薄膜材料与器件相关的热点问题进行调研，文献综述课程目标2（2）光电薄膜材料与器件的应用1第二章（7学时）（1）真空技术基础1了解目前主流的真空设备及其应用范围课程目标1（2）薄膜材料的物理制备方法3总结薄膜材料的制备方法和各自优缺点，自选一种功能材料，并阐明选取相应制备工艺的理由课程目标1课程目标2（3）薄膜材料的化学制备方法3第三章（6学时）（1）凝结过程与表面扩散过程1总结抑制薄膜生长质量的主要因素，并结合制备工艺提出相应的改善手段课程目标1课程目标2（2）薄膜的力学性能1（3）薄膜晶核的形成与生长2（4）薄膜形成过程的模拟计算2了解相应模拟软件课程目标1第四章（6学时）（1）薄膜材料的光学性能1理解LED的工作原理和基本结构，完成课后作业课程目标1课程目标2（2）薄膜材料的电学性能1（3）薄膜材料的光电性能2（4）薄膜材料的功能及应用2掌握薄膜材料的主要功能并联系实际应用分析其作用课程目标1课程目标2第五章（5学时）（1）概述1任选一薄膜材料XRD或XPS数据，并进行分析课程目标1课程目标2（2）X射线衍射法（3）X射线光电子能谱（4）透射电子显微镜1任选一薄膜材料SEM或TEM数据，并进行分析课程目标1课程目标2（5）扫描电子显微镜（6）二次离子质谱1理解基本原理和数据分析课程目标1（7）原子力显微镜1任选一薄膜材料AFM数据，并进行分析课程目标1课程目标2（8）膜厚分析1理解基本原理课程目标1第六章（6学时）（1）薄膜太阳电池2任选一模块，分析某一功能薄膜材料在不同器件应用中的作用、主要影响因素课程目标1课程目标2（2）薄膜材料在LED器件中的应用2（3）薄膜材料在探测器中的应用1（4）薄膜材料在传感器中的应用1备注：根据学生学情适当调整教学进度，通过测验来对学生学习情况进行考核。六、考核方法及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核课堂测验：含课堂讨论发言、案例讲解、雨课堂答题和BB平台参与度雨课堂形成性报告，BB平台使用情况，案例讲解情况30%过程考核课后作业完成情况、到课率作业完成情况，课堂到课情况20%期末考核课程论文课程论文考核评分表50%考核类别考察成绩登记方式百分制七、推荐教材与主要参考书（一）、推荐教材：《薄膜物理与器件》，肖定全，国防工业出版社，2011（二）、主要参考书：《ThinFilmMaterials》，L.B.Freund，CambridgeUniversityPress，2004《PhotoenergyandThinFilmMaterials》，XiaoyuYang，WileyScrivenerpublishing，2019《ThinFilmsMaterialsTechnology》，KiyotakaWasa，SpringerandWilliamAndrew,IncCo-press，2004《ThinFilmDeviceApplications》，KasturiLalChopra，Plenumpress，2012《薄膜技术与薄膜材料》，田民波，清华大学出版社，2011《半