《电子与电工材料》课程教学大纲

《电子与电工材料》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：电子与电工材料英文名称：ElectronicandElectricalMaterials二、课程代码及性质课程代码：0844471性质：专业必修课程三、学时与学分总学时：48学分：3四、先修课程《材料科学基础》、《物理化学》、《现代分析测试》五、授课对象本课程面向功能材料专业学生开设。六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是功能材料专业的核心课程，其教学目的包括：1、熟悉电子信息技术中所广泛使用的具有功能特性、结构特性和特定物理与化学性质的材料，了解这些不同类型材料的基础理论（包括电介质物理与磁性物理的基础知识）、常用的制备方法、以及结构与性能之间的关系；2、培养从事电子材料生产、研究、应用和开发的基本能力；3、了解电子与电工材料领域的特征、前沿和发展趋势，正确认识该技术领域对于社会发展的重要性。4、培养较强的综合归纳能力，能将专业知识应用于解决多学科环境中涉及功能材料的复杂问题。

表1课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求及其指标点本课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点毕业要求1：工程知识能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。1.1掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的数学基础知识。1.2掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的物理、化学等自然科学基础知识。课程目标11.3掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的工程力学基础知识。1.4掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的工程检测与控制基础知识。1.5系统掌握了专业知识，能够将所学知识用于解决功能材料领域复杂问题。课程目标4毕业要求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，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。2.1能够应用工程数学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。2.2能够应用物理、化学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。2.3能够应用力学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。2.4能够应用工程科学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。毕业要求3：设计/开发解决方案能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等因素。3.1了解功能材料与器件问题的特征，掌握解决复杂工程问题的设计方法。3.2在考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等制约因素的前提下，能够设计（开发）针对复杂功能材料与器件问题的解决方案，具备设计（开发）满足特定工程需求的功能材料系统、单元（部件）或工艺流程的能力。3.3在设计（开发）过程中，具有追求功能材料领域复杂问题创新解决的态度和意识，掌握了基本的创新方法，清楚创新方向及领域。课程目标2毕业要求4：研究能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。4.1掌握功能材料的合成与制备技术的原理及特点，能够采用科学方法，具备合理设计制备功能材料的复杂实验、开展科学研究的能力。4.2掌握功能材料与器件的分析测试技术的原理及主要特点，能够采用科学方法，正确构建并实施功能材料与器件测试的综合实验，得出正确结果的能力。4.3能正确使用和处理实验数据，通过信息综合处理，具备对复杂的功能材料和器件的测试结果进行正确分析的能力。4.4了解功能材料制备与测试所需的常用设备、实验仪器及实验方法，具备调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力。毕业要求5：使用现代工具能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。5.1掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。5.2了解功能材料专业重要资料来源及获取方法。5.3具备应用各类文献、信息及资料进行功能材料与器件领域的工程实践的能力。5.4掌握功能材料与器件领域复杂工程问题的预测与模拟方法，理解其局限性。毕业要求6：工程与社会能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。6.1了解与功能材料相关的国家方针、政策与法律法规，能够评价工程实践对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。6.2了解功能材料专业的特点及其对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能够正确评价各种功能材料制备与表征方案的优劣。6.3能正确认识功能材料的制备和加工中的各种复杂工艺对于客观世界和社会的影响，理解并能够承担的相应工程和社会责任。毕业要求7：环境和可持续发展能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。7.1了解功能材料专业的专业特征、学科前沿和发展趋势，正确认识本专业对于社会发展的重要性。课程目标37.2能正确理解和评价功能材料领域复杂问题的实施对环境保护及社会可持续发展等的影响。7.3在解决功能材料领域复杂的实际问题中，能够正确理解并考虑工程实践对环境、社会可持续发展的影响。毕业要求8：职业规范具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。8.1具有人文社会科学素养，理解世界观、人生观的基本意义及其影响。8.2了解中国国情，理解中国可持续科学发展道路以及个人的做人规范，具有较高的社会责任感。8.3在工程实践中，理解工程师的职业性质、职业责任,具备工程师的职业道德8.4具有健康的体质和良好的心理素质，能较好地履行责任。毕业要求9：个人和团队能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。9.1具备较宽广的本学科基础知识和较高的个人素质，能够在多学科背景下，承担个人及团队成员的作用。9.2具备良好的团队协作精神，善于和团队其它成员协作、互补、交往。9.3能够承担团队负责人角色，具备综合团队成员意见和建议，进行合理决策之领导能力。毕业要求10：沟通能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。10.1较好地掌握了一门外语，了解不同文化的差异，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本专业领域及其相关行业的国内外的技术现状，具有较强的业务沟通能力与竞争能力。课程目标310.3能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，就复杂的专业工程问题进行有效沟通和交流。毕业要求11：项目管理理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。11.1了解电子及材料工程管理和经济决策的基本知识，理解并掌握工程管理原理与经济决策方法。11.2具备应用工程管理和经济决策知识实践的工作能力，具有一定的组织、管理及领导能力，能够较好地通过口头或书面方式表达自己的想法。11.3具有较强的综合归纳能力，能在多学科环境中加于应用。课程目标4毕业要求12：终身学习具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。12.1对终身学习的重要性，有自觉的意识和正确的认识。12.2能够采用合适的方法，自我学习、提高的能力。12.3能够适应社会进步与发展，与时代同步。七、教学重点与难点：课程重点：电子材料的分类和特点，以及电子材料的应用和发展；电子材料的分析和表征；电子材料的制备技术，包括薄膜工艺、厚膜工艺和陶瓷工艺；重点讲述的材料类型包括：导电材料、电阻材料、超导材料、半导体材料、电介质材料和光电材料。课程难点：《电子与电工材料》涉及的面非常广，需要的知识也很宽，如何做到“实用、新颖、广而不深、图文并茂”是本课程的难点。本课程以电子材料导论的主要内容为框架，尽量做到广而不深。删除了一些较老的和比较专门的内容，将材料常用的表征方法和电子材料制作中的常用工艺从各章节中分离出来专门讲述；在内容更新上，增加了光电材料、热电材料等章节，尽量做到实用、新颖。在授课方式上充分利用多媒体资源，以幻灯片和视频的互动方式，尽量做到图文并茂，以加深学生的理解和印象。

八、教学方法与手段：教学方法：在课堂讲授中，教师全面而又有所侧重地阐述各章节的主要教学内容。教学课件的内容安排将与教科书中的内容相配合，力图起一个提纲挈领的作用。适当安排课堂讨论，有利于提高学生的主体意识和对课堂的参与度，并能加强学生之间以及师生之间的交流互动，从而能够强化教学效果。适当布置课后作业，以利于学生温习自学教科书上的相关内容，并结合文献检索与资料查询，对所学内容加以拓展和巩固。教学手段：多媒体幻灯片放映，结合黑板板书。九、教学内容与学时安排（1）总体安排教学内容与学时的总体安排，如表2所示。表2基本教学内容与学时安排序号课程内容课堂（学习、讨论）学时课外（准备、复试、实践）学时1电子材料概论442电子材料的分析及表征443薄膜工艺444厚膜工艺445陶瓷工艺446导电材料与电阻材料667超导材料448半导体材料669电介质材料6610光电材料与热电材料66（2）具体内容各章节的具体内容如下：第一章电子材料概论(4学时)1.1电子材料的分类与特点1.2无机电子材料1.3实际晶体、非晶体和准晶1.4电子材料的表面和界面1.5电子材料的应用和发展第二章电子材料的分析与表征(4学时)2.1电子材料化学成分分析方法2.2电子材料结构分析方法——X射线衍射分析法2.3电子材料的显微分析法2.4电子材料表面界面分析技术第三章薄膜工艺(4学时)3.1真空蒸发镀膜工艺3.1.1真空蒸发原理3.1.2热蒸发3.2溅射镀膜工艺3.2.1直流二级溅射及其原理3.2.2射频溅射3.2.3磁控溅射3.2.4反应溅射3.3化学气相沉积工艺3.3.1化学气相沉积过程3.3.2热CVD3.3.3等离子CVD第四章厚膜工艺(4学时)4.1厚膜浆料4.2厚膜图案形成技术4.2.1丝网印刷4.2.2其他图案形成技术4.3厚膜的干燥与烧成第五章陶瓷工艺(4学时)5.1概述5.2粉体的表征5.3粉体的混合与粉碎5.4粉体的化学制备5.5成型技术5.6烧结的原理和种类第六章导电材料与电阻材料(6学时)6.1导电材料的性质与分类6.2金属导电材料6.3电极与电刷材料6.4厚膜导电材料6.5薄膜导电材料6.6线绕电阻材料6.7厚膜电阻材料6.8薄膜电阻材料6.9精密金属膜电阻材料第七章超导材料(4学时)7.1超导材料的基本性质与应用7.2低温超导材料7.3高温超导材料7.4新型超导材料第八章半导体材料(6学时)8.1半导体材料的一般性能8.2三代半导体材料概述8.3锗、硅材料8.4Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体8.5Ⅱ-Ⅵ族化合物8.6碳化硅8.7其他半导体材料第九章电介质材料(6学时)9.1电介质材料的一般性质9.2压电、热释电和铁电介质材料9.3电容器介质材料9.4微波介质材料9.5玻璃介质材料第十章光电材料与热电材料(6学时)10.1发光材料10.2激光材料10.3光电转换材料10.4光电探测材料10.5光电显示材料10.6热电材料（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求思考题（课后作业）：第1章思考题：1、现代社会对信息材料有哪些要求？2、简述信息材料今后的发展方向。3、什么叫固溶体和金属间化合物？固溶体有哪些类型？形成连续固溶体有哪些条件？4、说明晶体中的点缺陷及其类型。第2章思考题：1、X射线衍射峰包含哪些信息？2、扫描隧道显微镜与扫描电镜之间的原理区别是什么？3、普通光学显微镜与电子显微镜之间有何异同？4、简述拉曼散射的原理和主要应用？5、简述热分析的定义和内涵，以及热分析技术在材料研究中的应用。第3章思考题：1、常用的制备薄膜的工艺方法有哪些？2、真空是什么样的状态？真空环境有什么特点？3、热蒸发镀膜有哪些加热方式？各有什么特点？4、溅射的基本原理是什么？5、射频溅射为何能溅射沉积电介质薄膜？6、磁控溅射为何能实现薄膜的高速低温沉积？7、离子束溅射有何特殊性？8、化学气相沉积有何特点？9、PECVD为何能在较低的温度下实现薄膜的沉积？第4章思考题：1、什么是厚膜？以厚膜电阻为例，说明厚膜的基本制造工序。2、什么是浆料的流变性？丝网印刷对浆料的流变性有何要求？3、厚膜浆料由哪几种主要成分组成？各起什么作用？4、厚膜电阻材料主要有哪些？各有何特点？5、细线印刷和多层化印刷有什么特点和要求？6、简述非接触式丝网印刷过程以及主要印刷参数对厚膜元件质量的影响。7、除了丝网印刷外，还有哪几种主要的成膜技术？8、厚膜烧成前的干燥起什么作用？对元件质量有何影响？9、厚膜烧成有什么作用？影响烧成质量的主要参数有哪些？第5章思考题：1、陶瓷的类别和决定陶瓷性能的因素是什么？2、简述各种粉体制备方法的基本原理和特点。3、简述陶瓷制备过程中发生固相反应的机制、影响因素和特点。4、了解常用成型方法及其应用特点。5、简述烧结过程不同阶段的微观结构变化。第6章思考题：1、在标准软铜中掺杂其他金属，对电导率有何影响？为什么？2、厚膜导电材料有何主要特征？影响其性能的因素有哪些？3、电阻材料的电阻与哪些因素有关？在实际应用中为什么常将电阻材料做成箔、薄膜、厚膜和线状，而在成分上常用合金、合成物和氧化物？4、举例说明电极及电刷材料在电子元件中的应用。第7章思考题：1、超导体的基本电磁特性是什么？2、BCS超导理论的主要思想方法有哪些？3、超导体的应用主要集中在哪些方面？4、比较第一代和第二代高温超导材料。5、铜基和铁基超导体的结构特征是什么？第8章思考题：1、半导体材料有哪些特征？如何将半导体材料进行分类？2、什么是n型半导体、p型半导体、本征半导体、补偿半导体和简并半导体？3、什么叫多数载流子、少数载流子和非平衡载流子？4、什么是突变p-n结和缓变p-n结？p-n结有哪些电容效应？5、什么是第一代半导体、第二代半导体和第三代半导体材料？第9章思考题：1、介质极化有哪几种常见的形式？各有何特点？2、介质损耗的物理意义是什么？介质损耗的主要来源是什么？3、何谓压电效应？哪类晶体才可能有这种效应？4、何谓热释电效应？何谓铁电性？铁电、热释电与压电晶体之间存在何种关系？5.何谓微波介质陶瓷？评价微波介质陶瓷介电性能的主要参数有哪些？6.何为陶瓷半导体？如何使BaTiO3陶瓷半导化？第10章思考题：什么叫发光？有哪些发光类型？说明上转换发光材料的发光机理与应用。激光有哪些特点？有哪些主要类型的激光材料？4、对太阳能电池材料有哪些要求？比较三代太阳能电池材料的特点。5、什么叫太阳光谱盲区？紫外探测有哪些用途？6.主要的光电效应有几种？他们有哪些应用？7、有哪些现在应用的热电材料