《薄膜材料与器件》教学大纲

《薄膜材料与器件》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03154211课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：高等数学、无机化学、有机化学A、现代材料分析方法等后续课程：电镀工艺学、腐蚀与防护等适用专业：新能源材料与器件专业开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《薄膜材料与器件》是新能源材料与器件专业本科学生的专业平台选修课。通过本课程的学习使学生了解薄膜制备的真空技术，薄膜制备的物理、化学方法，薄膜制备中的相关技术，薄膜形成、生长的原理等内容涉及的基本理论、基本知识和基本技能，同时，对目前广泛研究和应用的几种薄膜进行介绍。课程在保证教学科学性和系统性的前提下，着重突出薄膜材料及其技术的实用性，从而为培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的应用型专业技术人才奠定基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：通过学习薄膜材料与器件理论知识，掌握薄膜材料的合成、制备、结构与性能。结合数学知识、物理知识、工程知识和新能源专业知识综合运用于新能源复杂系统或装置的分析与设计；在课程教学中，通过课外资料和课堂讨论，对多种薄膜材料的研究及应用有较系统的认识。同时，在学习过程中使学生坚定正确的政治方向，树立科学的世界观、人生观和价值观。课程目标2：在专业领域里，要求学生对多种功能薄膜的生长机制、过程和方法有一定的了解，在熟悉薄膜基本生长工艺的基础上，对迅速发展的薄膜技术有较完整的认识，并在上述过程中获得解决实际科学、工程、技术问题的能力；并在此过程中使学生获得一定的创新意识、工作适应能力和材料分析测试的综合运用能力，从而，具有较强的自学能力，以获取新知识适应学科、行业发展的能力并具有良好的心理素质、较高的人文科学素养和劳动精神，树立正确的审美观和劳动观，进而具备良好的社会公德和职业道德、较强的社会责任感和团队合作精神。三、课程目标与毕业要求《薄膜材料与器件》课程教学目标对新能源材料与器件专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.3能够将专业知识和数学模型方法用于推演、分析薄膜材料与器件领域问题并对解决方案进行比较与综合。课程目标1：通过学习薄膜材料与器件理论知识，掌握薄膜材料的合成、制备、结构与性能。综合运用新能源复杂系统或装置的分析与设计对多种薄膜材料的研究及应用有较系统的认识。H2.问题分析2.2能通过文献研究分析，发现新能源产生、转化和存储过程中的过程中的复杂工程问题，获得有效结论并能提出有效的解决。课程目标2：使学生具有运用薄膜材料与器件的基础知识、基本技能分析、解决实际科学、工程、技术问题的能力及创新意识，具备自主学习薄膜材料与器件领域新知识的能力，获取适应学科、行业发展的能力并具有良好的心理素质、较高的人文科学素养和劳动精神。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.真空技术基础1.1真空基础1.2稀薄气体的性质1.3真空的获得1.4真空的测量教学要求：使学生了解真空的基本知识；掌握常用真空获得及原理；掌握常用真空测量基本装置的原理。重点:真空系统的流导；机械泵、扩散泵、冷凝泵等真空泵的结构、工作原理及特点。难点:热偶式真空计、电离式真空计、隔膜式真空计等真空计的结构、工作原理及特点。41、22.薄膜的物理制备工艺学2.1薄膜制备方法概论2.2真空蒸发镀膜2.3溅射镀膜2.4离子束镀膜2.5分子束外延技术2.6脉冲激光沉积技术教学要求：理解并掌握物理气相沉积；真空蒸发法特点；理解并掌握薄膜蒸发沉积装置；薄膜蒸发沉积条件；掌握真空对薄膜质量的影响；镀料的蒸发；蒸发源。理解并掌握气体放电现象与等离子体；溅射法制备薄膜的物理过程；离子镀；反应蒸发沉积；离子束沉积等。重点：真空蒸发法原理及特点，气体放电对薄膜制备的重要影响；溅射方法制备薄膜材料的原理、特征和装置系统。难点：多种蒸发源的原理、结构特点及应用特征；镀料的蒸发原理及过程；离子镀方法制备薄膜材料的原理、特征；离子束沉积薄膜材料的原理、特征。101、23.薄膜的化学制备工艺学3.1概述3.2化学气相沉积简介3.3薄膜的化学溶液制备技术3.4薄膜的软溶液制备技术3.5超薄有机薄膜的LB制备技术教学要求：了解各种用于薄膜制备的化学方法，包括其基本原理和相关设备；掌握化学气相沉积制备薄膜的原理和相应设备。重点：化学气相沉积技术的基本要求；化学气相沉积装置的组成。难点：化学气相淀积过程动力学；化学气相沉积法的原理。71、24.薄膜制备中的相关技术4.1基片4.2薄膜厚度的测量与监控4.3薄膜图形制备技术4.4薄膜制备的环境教学要求：俄歇电子能谱分析、X射线光电子能谱分析的原理、分析方法及其应用；原子力显微镜的原理、分析方法及其应用。重点：俄歇电子能谱分析、X射线光电子能谱分析的原理、分析方法及其应用；原子力显微镜的原理。难点：俄歇电子、X射线光电子能谱分析的原理。31、25.薄膜的形成与生长5.1凝结过程与表面扩散过程5.2薄膜晶核的形成与生长5.3薄膜的形成与生长教学要求：了解薄膜制备过程中的形核和生长过程；了解典型的形核理论；掌握薄膜的生长模式及生长过程中沉积参数的影响；了解远离平衡态的薄膜生长过程。重点：薄膜的形核与生长过程；薄膜组织形态的决定因素。难点：薄膜织构产生的原因；薄膜的外延技术；薄膜界面形态和界面附着力。41、26、薄膜应用6.1半导体薄膜应用6.2光学薄膜应用6.3磁性薄膜应用6.4发光薄膜应用6.5铁电薄膜应用6.6超导薄膜应用6.7LB膜的应用教学要求：、了解各种功能薄膜的制备、性能、研究进展及应用。重点：各种功能薄膜的研究进展及应用。难点：各种功能薄膜的性能。41、2合计32五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实验视频演示等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。使学生比较全面地理解薄膜材料与器件的基本原理、设备的结构特点、试样的制备方法、薄膜材料制备的分析与解析方法，培养学生具有利用薄膜材料与器件理论解决实际薄膜制备、器件及应用工程和技术中问题的初步能力，为以后的研究、创新性学习和实际工作奠定基础。六、课程资源1.推荐教材：肖定全、朱建国、朱基亮、申琳编著.薄膜材料与器件[M].国防工业出版社.2011.5.2.参考书：（1）唐伟忠编著.《薄膜材料制备原理、技术及应用》（第2版）[M].冶金工业出版社，2005.08（2）张永宏等编著.现代薄膜材料与技术[M].西北工业大学出版社.2016.08（3）田民波、刘德令编译.薄膜科学与技术手册[M.机械工业出版社.1991.05（4）郑传涛等编著.薄膜材料与薄膜技术[M].化学工业出版社.2004.01（5）曾冬铭.氧化物发光薄膜材料的制备及表征[D].中南大学.20063.期刊：（1）罗劲明等.铁酸铋薄膜的电学特性及掺杂影响分析[J].化工新型材料,2017,(03)（2）吴小峰等.脉冲激光沉积制备La0.62Ca0.29K0.09MnO3外延膜及其磁热性能[J].高等学校化学学报,2013,(09)（3）Yongbo.etal.PhotovoltaicSwitchingMechanisminLateralStructureHybridPerovskiteSolarCells[J].Adv.EnergyMater,2015,(15).（4）S.Wang.etal.PhotocatalyticpropertyofFedopedanataseandrutileTiO2nanocrystalparticlespreparedbysol–geltechnique[J].AppliedSurfaceScience,2012（5）曾冬铭.氧化物发光薄膜材料的制备及表征[D].中南大学2006.4.网络资源：（1）侯海虹.薄膜太阳能电池.2018/course/CSLG-1001753006（2）董彬.纳米新能源材料与技术.2018/course/SUDA-1001753228七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现16（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√664阶段测试12（1）根据每次测试的情况单独评分，满分100分；（2）取各次测试的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以该成绩在总评成绩中所占比例计入总分。√12作业12（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩在总评成绩中所占比例计入总分。√√√552期末考核60（1）卷面/大作业成绩100分，以考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核薄膜材料与器件的基本原理、仪器设备的基本结构及特点、试样制备的常用方法、初步分析与解析方法等内容。（3）考核题型为：名词解释题、填空题、简答题、绘图题和分析计算题等。√√√302010合计：100分414316八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、阶段测试、作业、期末大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷/大作业成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷/大作业成绩为100分（权重60%）；课堂表现、阶段测试、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核、期末大作业试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现40笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。笔记完整，认真参与教学活动，回答