薄膜技术实验教学大纲

《薄膜技术》实验教学大纲课程编码1302409课程名称薄膜技术适用专业应用物理学学分考核形式学时8先修课程普通物理固体物理开课学期第六学期一、课程简介《薄膜技术》实验是应用物理专业任选课程《薄膜技术》的相应实践教学环节，是该课程的课内实验部分。二、课程实验教学目的与要求通过实验教学，使学生掌握薄膜材料的制备方法，熟悉相关设备的使用方法。同时，加深学生对薄膜材料相关知识的理解，培养学生解决实际问题的能力。三、实验项目1.磁控溅射法制备薄膜实验目的：1．了解真空的获得方法和测量技术；2．了解机械泵、分子泵工作原理和操作方法；3．掌握物理汽相沉积法制备薄膜材料的原理和方法；4．掌握磁控溅射镀膜机的操作方法。实验原理：溅射法是物理气相淀积薄膜的方法之一。溅射法是利用带电离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的靶电极。在离子能量合适的情况下，入射离子在与靶表面原子的碰撞过程中使靶原子溅射出来。这些被溅射出来的原子将带有一定的动能，并沿一定方向射向衬底，从而实现了在衬底上的薄膜沉积。磁控溅射技术作为一种沉积速率较高，工作气体压强较低的溅射技术具有其独特的优越性。因为速度为V的电子在电场E和磁感应强度B的磁场中运动时，既受电场力的作用，又受洛仑兹力的作用，则电子的运动轨迹将是沿电场方向加速，同时绕磁场方向螺旋前进，电子的运动路径由于磁场的作用而大幅度地增加，提高了与原子的碰撞几率，从而有效地提高了气体的离化效率和薄膜的沉积速率。实验器材：磁控溅射镀膜机，超声波清洗仪，溅射靶，硅片，玻璃片，酒精，丙酮等。实验内容：1．清洗衬底2．装样品3．抽真空4．通入工作气体5．镀膜6．取样关机2.溶胶-凝胶法制备纳米TiO2微粉实验目的：1.用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2微粉。2．掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理。3．了解纳米粒子常用的表征手段。实验原理：溶胶－凝胶法是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。溶胶是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，并且不停的进行布朗运动的体系。根据粒子与溶剂间相互作用的强弱，通常将溶胶分为亲液型和憎液型两类。由于界面原子的Gibbs自由能比内部原子高，溶胶是热力学不稳定体系。凝胶是指胶体颗粒或高聚物分子互相交联，形成空间网状结构，在网状结构的孔隙中充满了液体(在干凝胶中的分散介质也可以是气体)的分散体系。并非所有的溶胶都能转变为凝胶，凝胶能否形成的关键在于胶粒间的相互作用力是否足够强，以致克服胶粒－溶剂间的相互作用力。对于热力学不稳定的溶胶，增加体系中粒子间结合所须克服的能垒可使之在动力学上稳定。因此，胶粒间相互靠近或吸附聚合时，可降低体系的能量，并趋于稳定，进而形成凝胶。该方法的优点是：(1)反应温度低，反应过程易于控制；(2)制品的均匀度和纯度高、均匀性可达分子或原子水平；(3)化学计量准确，易于改性，掺杂的范围宽(包括掺杂的量和种类)；(4)从同一种原料出发，改变工艺过程即可获得不同的产品如粉料、薄膜、纤维等；(5)工艺简单，不需要昂贵的设备。随着科学工作者的不断努力，对溶胶－凝胶机理的进一步认识，其方法在制备新材料领域会得到更加广泛的应用。纳米材料的表征方法包括：（1）粒度分析：激光粒度分析法、电镜法粒度分析法等；（2）形貌分析：扫描电镜、透射电镜、扫描探针显微镜和原子力显微镜等；（3）成分分析：包括体材料分析方法和表面与微区成分分析方法，体相材料分析方法有原子吸收光谱法，电感耦合等离子体发射法，X射线荧光光谱分析法。表面与微区成分分析方法包括电子能谱分析法、电子探针分析方法、电镜-能谱分析方法和二次离子质谱分析方法等）；（4）结构分析：X射线衍射，电子衍射等；（5）界面与表面分析：X射线光电子能谱分析，俄歇电子能谱仪等。实验器材：仪器：电磁搅拌器，离心机，恒温干燥厢，高温炉。试剂：钛酸丁酯，无水乙醇，冰醋酸（各试剂均用A.R或C.P级产品）。实验步骤：1.基片清洗,前驱物制备.2.制膜3.加温.四、实验项目学时分配表序号实验项目实验类别学时1综合实验简介、熟悉实验室规程、安全知识、仪器和仪表的使用要求等。112磁控溅射法制备导电薄膜综合性43溶胶-凝胶法制备纳米TiO2微粉综合性3五、实验报告格式实验目的、实验原理简介、实验内容及程序、实验数据处理及结果分析。六、成绩评定标准根据学生在实验过程中的表现、实验操作技能及效果、实验报告质量来综合评定成绩，单个实验项目考核分为三部分：实验预习（20%）、实验操作（30%）和实验报告（50%），最终实验成绩为各实验项目成绩求平均，成绩按优、良、中、及格、不及格五级评定。并按总成绩的10