《薄膜材料與器件》教學(xué)大綱

《薄膜材料與器件》課程教學(xué)大綱課程英文名ThinFilmMaterialsandDevices課程代碼05M0095學(xué)分2總學(xué)時(shí)32理論學(xué)時(shí)32實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)0課程類別專業(yè)教育課課程性質(zhì)任選先修課程材料科學(xué)基礎(chǔ)、大學(xué)物理適用專業(yè)材料科學(xué)與工程開(kāi)課學(xué)院材料與化學(xué)學(xué)院一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位薄膜材料與器件在能源、傳感、通信、存儲(chǔ)、芯片、電路等領(lǐng)域起著重要的支撐作用，掌握薄膜材料與器件的制備、特性分析、應(yīng)用和研究前沿，對(duì)材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)習(xí)者具有重要的意義?！侗∧げ牧吓c器件》課程是在此背景下材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科下設(shè)的專業(yè)教育選修課，它是材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生在完成通識(shí)教育課和學(xué)科基礎(chǔ)課后，為光學(xué)材料方向?qū)W生設(shè)置的專業(yè)教育選修課（4選3），是材料科學(xué)與工程類專業(yè)培養(yǎng)的重要組成課程。通過(guò)此課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能更深刻的掌握薄膜材料的制備，以及光電薄膜器件設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的界面、工藝兼容、光電分配等因素，進(jìn)而提高學(xué)生對(duì)薄膜材料與器件的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用薄膜材料與器件的知識(shí)分析、設(shè)計(jì)和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。（二）課程目標(biāo)掌握薄膜材料的制備、生長(zhǎng)機(jī)理和光電特性，可以從薄膜材料的生長(zhǎng)原理和光電特性出發(fā)，選取最佳的薄膜生長(zhǎng)工藝。培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)考慮問(wèn)題的能力，能夠在考慮節(jié)能、環(huán)保、高效等因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行材料設(shè)計(jì)；掌握光電薄膜器件設(shè)計(jì)與制備過(guò)程中涉及的界面、工藝兼容、光電分配等知識(shí)，能夠?qū)?shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜工程問(wèn)題，從多學(xué)科、全周期、經(jīng)濟(jì)成本、國(guó)家需求的角度綜合考慮，系統(tǒng)分析其影響因素，并提出合理的解決或改進(jìn)方案。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法《薄膜材料與器件》課程教學(xué)以課堂教學(xué)為主，結(jié)合自主學(xué)習(xí)和國(guó)家熱點(diǎn)需求，針對(duì)薄膜材料涉及的生長(zhǎng)原理、制備工藝方法、光電特性等，掌握設(shè)計(jì)和制備光電薄膜器件時(shí)所需考慮的多種因素，并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決材料科學(xué)與工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和時(shí)代使命感，塑造出具有正確價(jià)值觀、良好能動(dòng)性、豐富知識(shí)儲(chǔ)備的“三位一體”型人才。具體達(dá)成的途徑與方法如下：課堂教學(xué)主要講述薄膜材料的制備工藝、生長(zhǎng)原理、表征方法、光電特性和光電薄膜器件的相關(guān)知識(shí)。將簡(jiǎn)單的應(yīng)用實(shí)例融入理論教學(xué)中，使學(xué)生能夠更加容易理解抽象的理論知識(shí)點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)興趣，形成良好的思維方式和學(xué)習(xí)方法；充分借助雨課堂、BB平臺(tái)、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代教學(xué)手段，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考實(shí)際生活中和國(guó)家戰(zhàn)略需求中所涉及的光電材料，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)、表征，并提出性能改善的方法，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的意識(shí)和自主學(xué)習(xí)的能力。針對(duì)薄膜材料與器件的知識(shí)點(diǎn)理解，采用課堂測(cè)驗(yàn)教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生理論知識(shí)的理解與應(yīng)用能力。在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，列出部分光電材料與器件相關(guān)的熱點(diǎn)應(yīng)用和國(guó)家關(guān)切的問(wèn)題，以自主學(xué)習(xí)（文獻(xiàn)綜述）和討論（課堂PPT講解）的方式充分發(fā)揮學(xué)生的自主能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力；三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐程度畢業(yè)要求2-3畢業(yè)要求7-2畢業(yè)要求11-2課程目標(biāo)（1）0.70.20.2課程目標(biāo)（2）0.30.80.8畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)支撐權(quán)重（2）問(wèn)題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，通過(guò)合適的科學(xué)原理和抽象模型識(shí)別和表達(dá)復(fù)雜工程問(wèn)題，通過(guò)查閱文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范規(guī)程，分析新材料的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)、工藝制定和質(zhì)量管理等多方面復(fù)雜工程問(wèn)題，能獲得有效結(jié)論。2-1能夠運(yùn)用相關(guān)科學(xué)原理認(rèn)識(shí)、判斷需要解決的新材料的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)、工藝制定和質(zhì)量管理等復(fù)雜工程問(wèn)題；2-2能夠運(yùn)用自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理、數(shù)學(xué)模型方法、文獻(xiàn)研究來(lái)表達(dá)和分析復(fù)雜工程問(wèn)題；2-3能夠針對(duì)新材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝路線、性能檢測(cè)、質(zhì)量管理等復(fù)雜工程問(wèn)題建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、分析影響因素、獲得結(jié)論。0.5（7）環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展：能夠理解和評(píng)價(jià)針對(duì)新材料的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)、工藝制定和質(zhì)量管理等多方面的復(fù)雜工程問(wèn)題的專業(yè)工程實(shí)踐對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響。7-1理解新材料開(kāi)發(fā)及工程應(yīng)用與環(huán)境保護(hù)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系；7-2能夠從環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展分析和評(píng)價(jià)新材料設(shè)計(jì)、制備及工程實(shí)踐的可持續(xù)性，評(píng)價(jià)新材料產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)周期對(duì)于人類和環(huán)境的影響。0.4（11）項(xiàng)目管理：理解并掌握新材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)和實(shí)施全周期、全流程的過(guò)程管理、成本分析與決策方法，并能在多學(xué)科環(huán)境中應(yīng)用。11-1理解新材料研發(fā)、生產(chǎn)及工程應(yīng)用過(guò)程中涉及的重要管理與經(jīng)濟(jì)決策方法；11-2了解新材料研發(fā)、生產(chǎn)及工程應(yīng)用中全周期、全流程的成本構(gòu)成，能夠綜合工程活動(dòng)中的多學(xué)科因素，運(yùn)用工程管理與經(jīng)濟(jì)決策方法進(jìn)行合理分析。0.35四、課程主要內(nèi)容與基本要求知識(shí)點(diǎn)主要內(nèi)容基本要求1緒論（1）薄膜材料簡(jiǎn)介L(zhǎng)1（2）光電薄膜材料與器件的應(yīng)用L12薄膜材料制備技術(shù)（1）真空技術(shù)基礎(chǔ)L2（2）薄膜材料的物理制備方法L3（3）薄膜材料的化學(xué)制備方法L33薄膜材料生長(zhǎng)原理（1）凝結(jié)過(guò)程與表面擴(kuò)散過(guò)程L3（2）薄膜的力學(xué)性能L3（3）薄膜晶核的形成與生長(zhǎng)L3（4）薄膜形成過(guò)程的模擬計(jì)算L14薄膜材料的光電特性（1）薄膜材料的光學(xué)性能L3（2）薄膜材料的電學(xué)性能L3（3）薄膜材料的光電性能L3（4）薄膜材料的功能及應(yīng)用L25薄膜材料的表征方法（1）概述L1（2）X射線衍射法L2（3）掃描電子顯微鏡L2（4）透射電子顯微鏡L2（5）X射線光電子能譜L2（6）二次離子質(zhì)譜L1（7）原子力顯微鏡L2（8）膜厚分析L26光電薄膜器件及應(yīng)用（1）薄膜太陽(yáng)電池L3（2）薄膜材料在LED器件中的應(yīng)用L3（3）薄膜材料在探測(cè)器中的應(yīng)用L1（4）薄膜材料在傳感器中的應(yīng)用L1基本要求：L1-理解，L2-掌握，L3-熟練掌握五、課程教學(xué)學(xué)時(shí)安排章節(jié)號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)生任務(wù)對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)第一章（2學(xué)時(shí)）（1）薄膜材料簡(jiǎn)介1自主選擇一種與薄膜材料與器件相關(guān)的熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行調(diào)研，文獻(xiàn)綜述課程目標(biāo)2（2）光電薄膜材料與器件的應(yīng)用1第二章（7學(xué)時(shí)）（1）真空技術(shù)基礎(chǔ)1了解目前主流的真空設(shè)備及其應(yīng)用范圍課程目標(biāo)1（2）薄膜材料的物理制備方法3總結(jié)薄膜材料的制備方法和各自優(yōu)缺點(diǎn)，自選一種功能材料，并闡明選取相應(yīng)制備工藝的理由課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2（3）薄膜材料的化學(xué)制備方法3第三章（6學(xué)時(shí)）（1）凝結(jié)過(guò)程與表面擴(kuò)散過(guò)程1總結(jié)抑制薄膜生長(zhǎng)質(zhì)量的主要因素，并結(jié)合制備工藝提出相應(yīng)的改善手段課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2（2）薄膜的力學(xué)性能1（3）薄膜晶核的形成與生長(zhǎng)2（4）薄膜形成過(guò)程的模擬計(jì)算2了解相應(yīng)模擬軟件課程目標(biāo)1第四章（6學(xué)時(shí)）（1）薄膜材料的光學(xué)性能1理解LED的工作原理和基本結(jié)構(gòu)，完成課后作業(yè)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2（2）薄膜材料的電學(xué)性能1（3）薄膜材料的光電性能2（4）薄膜材料的功能及應(yīng)用2掌握薄膜材料的主要功能并聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用分析其作用課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2第五章（5學(xué)時(shí)）（1）概述1任選一薄膜材料XRD或XPS數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2（2）X射線衍射法（3）X射線光電子能譜（4）透射電子顯微鏡1任選一薄膜材料SEM或TEM數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2（5）掃描電子顯微鏡（6）二次離子質(zhì)譜1理解基本原理和數(shù)據(jù)分析課程目標(biāo)1（7）原子力顯微鏡1任選一薄膜材料AFM數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2（8）膜厚分析1理解基本原理課程目標(biāo)1第六章（6學(xué)時(shí)）（1）薄膜太陽(yáng)電池2任選一模塊，分析某一功能薄膜材料在不同器件應(yīng)用中的作用、主要影響因素課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2（2）薄膜材料在LED器件中的應(yīng)用2（3）薄膜材料在探測(cè)器中的應(yīng)用1（4）薄膜材料在傳感器中的應(yīng)用1備注：根據(jù)學(xué)生學(xué)情適當(dāng)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，通過(guò)測(cè)驗(yàn)來(lái)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考核。六、考核方法及成績(jī)?cè)u(píng)定考核內(nèi)容考核方式評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績(jī)比例過(guò)程考核課堂測(cè)驗(yàn)：含課堂討論發(fā)言、案例講解、雨課堂答題和BB平臺(tái)參與度雨課堂形成性報(bào)告，BB平臺(tái)使用情況，案例講解情況30%過(guò)程考核課后作業(yè)完成情況、到課率作業(yè)完成情況，課堂到課情況20%期末考核課程論文課程論文考核評(píng)分表50%考核類別考察成績(jī)登記方式百分制七、推薦教材與主要參考書（一）、推薦教材：《薄膜物理與器件》，肖定全，國(guó)防工業(yè)出版社，2011（二）、主要參考書：《ThinFilmMaterials》，L.B.Freund，CambridgeUniversityPress，2004《PhotoenergyandThinFilmMaterials》，XiaoyuYang，WileyScrivenerpublishing，2019《ThinFilmsMaterialsTechnology》，KiyotakaWasa，SpringerandWilliamAndrew,IncCo-press，2004《ThinFilmDeviceApplications》，KasturiLalChopra，Plenumpress，2012《薄膜技術(shù)與薄膜材料》，田民波，清華大學(xué)出版社，2011《半