《功能薄膜材料》課程教學(xué)大綱

《電子材料測(cè)試技術(shù)》課程教學(xué)大綱一、課程名稱（中英文）中文名稱：功能薄膜材料和技術(shù)英文名稱：Functionalthin-filmmaterialsandTechnology二、課程代碼及性質(zhì)專業(yè)選修課程三、學(xué)時(shí)與學(xué)分總學(xué)時(shí)：32學(xué)分：2四、先修課程《大學(xué)物理》、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《固體物理》、《電子材料》五、授課對(duì)象本課程面向功能材料專業(yè)學(xué)生開設(shè)六、課程教學(xué)目的（對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的貢獻(xiàn)和作用）本課程是功能材料專業(yè)的選修課之一，其教學(xué)目的包括：1、掌握功能薄膜材料與薄膜技術(shù)的基本原理和基本知識(shí)，培養(yǎng)功能薄膜材料的制備、性能表征和器件應(yīng)用的綜合能力。2、掌握功能薄膜材料的真空制備技術(shù)、薄膜的化學(xué)制備和物理氣相沉積方法、薄膜的形成和生長(zhǎng)原理、薄膜的表征等技術(shù)，具備薄膜制備方案設(shè)計(jì)、薄膜結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試的能力。3、了解目前廣泛研究和應(yīng)用的幾種主要薄膜材料，了解功能薄膜材料和技術(shù)前沿和發(fā)展趨勢(shì)，正確認(rèn)識(shí)該技術(shù)領(lǐng)域在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所起的作用。4、掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)搜索工具的使用方法。能夠應(yīng)用現(xiàn)代工具撰寫報(bào)告、設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令。

表1課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求及其指標(biāo)點(diǎn)本課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求1：工程知識(shí)能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決復(fù)雜工程問題。1.1掌握了用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。1.2掌握了用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的物理、化學(xué)等自然科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。1.3掌握了用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的工程力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。1.4掌握了用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的工程檢測(cè)與控制基礎(chǔ)知識(shí)。1.5系統(tǒng)掌握了專業(yè)知識(shí)，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)用于解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題。畢業(yè)要求2：?jiǎn)栴}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，識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.1能夠應(yīng)用工程數(shù)學(xué)基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.2能夠應(yīng)用物理、化學(xué)基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。2.3能夠應(yīng)用力學(xué)基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。2.4能夠應(yīng)用工程科學(xué)基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。畢業(yè)要求3：設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案能夠設(shè)計(jì)針對(duì)復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮法律、健康、安全、文化、社會(huì)以及環(huán)境等因素。3.1了解功能材料與器件問題的特征，掌握解決復(fù)雜工程問題的設(shè)計(jì)方法。3.2在考慮法律、健康、安全、文化、社會(huì)以及環(huán)境等制約因素的前提下，能夠設(shè)計(jì)（開發(fā)）針對(duì)復(fù)雜功能材料與器件問題的解決方案，具備設(shè)計(jì)（開發(fā)）滿足特定工程需求的功能材料系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程的能力。3.3在設(shè)計(jì)（開發(fā)）過程中，具有追求功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題創(chuàng)新解決的態(tài)度和意識(shí)，掌握了基本的創(chuàng)新方法，清楚創(chuàng)新方向及領(lǐng)域。畢業(yè)要求4：研究能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。4.1掌握功能材料的合成與制備技術(shù)的原理及特點(diǎn)，能夠采用科學(xué)方法，具備合理設(shè)計(jì)制備功能材料的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)、開展科學(xué)研究的能力。課程目標(biāo)14.2掌握功能材料與器件的分析測(cè)試技術(shù)的原理及主要特點(diǎn)，能夠采用科學(xué)方法，正確構(gòu)建并實(shí)施功能材料與器件測(cè)試的綜合實(shí)驗(yàn)，得出正確結(jié)果的能力。4.3能正確使用和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過信息綜合處理，具備對(duì)復(fù)雜的功能材料和器件的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行正確分析的能力。4.4了解功能材料制備與測(cè)試所需的常用設(shè)備、實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)方法，具備調(diào)控設(shè)備及儀器參數(shù)，進(jìn)行測(cè)控和維護(hù)的能力。課程目標(biāo)2畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具能夠針對(duì)復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對(duì)復(fù)雜工程問題的預(yù)測(cè)與模擬，并能夠理解其局限性。5.1掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)搜索工具的使用方法。課程目標(biāo)45.2了解功能材料專業(yè)重要資料來源及獲取方法。5.3具備應(yīng)用各類文獻(xiàn)、信息及資料進(jìn)行功能材料與器件領(lǐng)域的工程實(shí)踐的能力。5.4掌握功能材料與器件領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的預(yù)測(cè)與模擬方法，理解其局限性。畢業(yè)要求6：工程與社會(huì)能夠基于工程相關(guān)背景知識(shí)進(jìn)行合理分析，評(píng)價(jià)專業(yè)工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問題解決方案對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。6.1了解與功能材料相關(guān)的國(guó)家方針、政策與法律法規(guī)，能夠評(píng)價(jià)工程實(shí)踐對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響。6.2了解功能材料專業(yè)的特點(diǎn)及其對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響，能夠正確評(píng)價(jià)各種功能材料制備與表征方案的優(yōu)劣。6.3能正確認(rèn)識(shí)功能材料的制備和加工中的各種復(fù)雜工藝對(duì)于客觀世界和社會(huì)的影響，理解并能夠承擔(dān)的相應(yīng)工程和社會(huì)責(zé)任。畢業(yè)要求7：環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展能夠理解和評(píng)價(jià)針對(duì)復(fù)雜工程問題的工程實(shí)踐對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響。7.1了解功能材料專業(yè)的專業(yè)特征、學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢(shì)，正確認(rèn)識(shí)本專業(yè)對(duì)于社會(huì)發(fā)展的重要性。課程目標(biāo)37.2能正確理解和評(píng)價(jià)功能材料領(lǐng)域復(fù)雜問題的實(shí)施對(duì)環(huán)境保護(hù)及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展等的影響。7.3在解決功能材料領(lǐng)域復(fù)雜的實(shí)際問題中，能夠正確理解并考慮工程實(shí)踐對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響。畢業(yè)要求8：職業(yè)規(guī)范具有人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任感，能夠在工程實(shí)踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任。8.1具有人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)，理解世界觀、人生觀的基本意義及其影響。8.2了解中國(guó)國(guó)情，理解中國(guó)可持續(xù)科學(xué)發(fā)展道路以及個(gè)人的做人規(guī)范，具有較高的社會(huì)責(zé)任感。8.3在工程實(shí)踐中，理解工程師的職業(yè)性質(zhì)、職業(yè)責(zé)任,具備工程師的職業(yè)道德8.4具有健康的體質(zhì)和良好的心理素質(zhì)，能較好地履行責(zé)任。畢業(yè)要求9：個(gè)人和團(tuán)隊(duì)能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)個(gè)體、團(tuán)隊(duì)成員以及負(fù)責(zé)人的角色。9.1具備較寬廣的本學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)和較高的個(gè)人素質(zhì)，能夠在多學(xué)科背景下，承擔(dān)個(gè)人及團(tuán)隊(duì)成員的作用。9.2具備良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，善于和團(tuán)隊(duì)其它成員協(xié)作、互補(bǔ)、交往。9.3能夠承擔(dān)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人角色，具備綜合團(tuán)隊(duì)成員意見和建議，進(jìn)行合理決策之領(lǐng)導(dǎo)能力。畢業(yè)要求10：溝通能夠就復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令。并具備一定的國(guó)際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。10.1較好地掌握了一門外語，了解不同文化的差異，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本專業(yè)領(lǐng)域及其相關(guān)行業(yè)的國(guó)內(nèi)外的技術(shù)現(xiàn)狀，具有較強(qiáng)的業(yè)務(wù)溝通能力與競(jìng)爭(zhēng)能力。10.3能夠應(yīng)用現(xiàn)代工具撰寫報(bào)告、設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令，就復(fù)雜的專業(yè)工程問題進(jìn)行有效溝通和交流。課程目標(biāo)4畢業(yè)要求11：項(xiàng)目管理理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法，并能在多學(xué)科環(huán)境中應(yīng)用。11.1了解電子及材料工程管理和經(jīng)濟(jì)決策的基本知識(shí)，理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法。11.2具備應(yīng)用工程管理和經(jīng)濟(jì)決策知識(shí)實(shí)踐的工作能力，具有一定的組織、管理及領(lǐng)導(dǎo)能力，能夠較好地通過口頭或書面方式表達(dá)自己的想法。11.3具有較強(qiáng)的綜合歸納能力，能在多學(xué)科環(huán)境中加于應(yīng)用。畢業(yè)要求12：終身學(xué)習(xí)具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。12.1對(duì)終身學(xué)習(xí)的重要性，有自覺的意識(shí)和正確的認(rèn)識(shí)。12.2能夠采用合適的方法，自我學(xué)習(xí)、提高的能力。12.3能夠適應(yīng)社會(huì)進(jìn)步與發(fā)展，與時(shí)代同步。七、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：課程重點(diǎn)：真空技術(shù)和設(shè)備是薄膜材料的制備技術(shù)的基礎(chǔ)，而薄膜生長(zhǎng)基本原理和模型也是本課程的重點(diǎn)和基礎(chǔ)。功能薄膜材料制備技術(shù)種類多樣，涉及的學(xué)科和技術(shù)也很多。本課程重點(diǎn)介紹針對(duì)功能薄膜材料的物理以及化學(xué)制備方法和技術(shù)。重點(diǎn)學(xué)習(xí)的章節(jié)內(nèi)容包括：第4章“薄膜生長(zhǎng)與結(jié)構(gòu)”（2學(xué)時(shí)）、第6章“離子鍍和濺射鍍膜”（4學(xué)時(shí)）、第7章“化學(xué)氣相沉積”（4學(xué)時(shí)）。課程難點(diǎn)：通過本課程的學(xué)習(xí)，充分理解功能薄膜生長(zhǎng)的物理和化學(xué)機(jī)理以及薄膜生長(zhǎng)過程中的結(jié)構(gòu)演變機(jī)制。通過對(duì)薄膜生長(zhǎng)機(jī)理和結(jié)構(gòu)演變機(jī)制的掌握，能夠掌握各種薄膜制備的技術(shù)和工藝，并將此工藝應(yīng)用于實(shí)際實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)中。

八、教學(xué)方法與手段：教學(xué)方法：在課堂講授中，教師全面而又有所側(cè)重地闡述各章節(jié)的主要教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)課件的內(nèi)容安排將與教科書中的內(nèi)容相配合，力圖起一個(gè)提綱挈領(lǐng)的作用。每一次課后，學(xué)生溫習(xí)自學(xué)教科書上的相關(guān)內(nèi)容，并結(jié)合文獻(xiàn)檢索與資料查詢，對(duì)所學(xué)內(nèi)容加以拓展和鞏固。適當(dāng)安排討論課。討論課有利于提高學(xué)生的主體意識(shí)和對(duì)課堂的參與度，并能加強(qiáng)學(xué)生之間以及師生之間的交流互動(dòng)，從而能夠強(qiáng)化教學(xué)效果。教學(xué)手段：多媒體幻燈片放映，結(jié)合黑板板書。九、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排（1）總體安排教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)的總體安排，如表2所示。表2基本教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排序號(hào)課程內(nèi)容課堂（學(xué)習(xí)、討論）學(xué)時(shí)課外（準(zhǔn)備、復(fù)試、實(shí)踐）學(xué)時(shí)1緒論222真空技術(shù)基礎(chǔ)443氣體放電和低溫等離子體224薄膜生長(zhǎng)與結(jié)構(gòu)225真空蒸鍍226離子鍍和濺射鍍膜447化學(xué)氣相沉積448薄膜材料的測(cè)試和表征449功能薄膜材料的應(yīng)用4410功能薄膜材料實(shí)例44（2）具體內(nèi)容各章節(jié)的具體內(nèi)容如下：第一章緒論(2學(xué)時(shí))1.1金屬薄膜材料1.2無機(jī)、陶瓷薄膜材料1.3有機(jī)、聚合物薄膜材料1.4半導(dǎo)體薄膜材料第二章真空技術(shù)基礎(chǔ)（4學(xué)時(shí)）2.1真空的基本知識(shí)2.2真空的表征2.3氣體分子與表面的相互作用2.4真空泵2.5真空測(cè)量?jī)x器2.6真空裝置的實(shí)際問題第三章氣體放電和低溫等離子體（2學(xué)時(shí)）3.1帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)3.2氣體原子的電離和激發(fā)第四章薄膜生長(zhǎng)與結(jié)構(gòu)（2學(xué)時(shí)）4.1薄膜生長(zhǎng)概述4.2吸附、表面擴(kuò)散與凝結(jié)4.3薄膜的形核與生長(zhǎng)4.4連續(xù)薄膜的形成4.5薄膜的生長(zhǎng)過程與薄膜結(jié)構(gòu)第五章真空蒸鍍（2學(xué)時(shí)）5.1概述5.2鍍料的蒸發(fā)5.3蒸發(fā)源5.4蒸鍍裝置及操作5.5合金膜的蒸鍍5.6化合物膜的蒸鍍5.7分子束外延技術(shù)第六章離子鍍和濺射鍍膜（4學(xué)時(shí)）6.1離子鍍的原理6.2離子鍍的類型及特點(diǎn)6.3離子濺射6.4濺射鍍膜方式6.5磁控濺射源第七章化學(xué)氣相沉積（4學(xué)時(shí)）7.1熱氧化、氮化7.2熱CVD7.3等離子體CVD（PCVD）7.4光CVD（photoCVD）7.5有機(jī)金屬CVD（MOCVD）第八章薄膜材料的測(cè)試和表征（4學(xué)時(shí)）8.1薄膜材料評(píng)價(jià)表征的特殊性8.2薄膜材料評(píng)價(jià)表征方法及其選擇8.3薄膜材料的評(píng)價(jià)表征8.4相關(guān)技術(shù)和裝置8.5薄膜材料評(píng)價(jià)表征舉例8.6薄膜材料的物性測(cè)定第九章功能薄膜材料的應(yīng)用(4學(xué)時(shí))9.1能量變換薄膜與器件9.2傳感器9.3半導(dǎo)體器件9.4記錄與存儲(chǔ)9.5平板顯示器第十章功能薄膜材料實(shí)例（4學(xué)時(shí)）10.1光伏薄膜材料10.2鐵電薄膜材料思考題（課后作業(yè)）：第1章思考題：1、功能薄膜的定義2、簡(jiǎn)述功能薄膜材料的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用第2章思考題：1、真空的概念？怎樣表示真空程度，為什么說真空是薄膜制備的基礎(chǔ)？2、什么是氣體分子平均自由程？3、簡(jiǎn)述真空泵的基本分類和相對(duì)應(yīng)的原理第3章思考題：1、什么是等離子體？等離子體的分類（按電離程度）有哪些？2、什么是等離子體的鞘層電位？第4章思考題：1、薄膜的形成過程有哪些？2、薄膜形成與生長(zhǎng)的三種模式是什么？3、薄膜的組織結(jié)構(gòu)有哪幾種類型？第5章思考題：1、物理氣相沉積法的共同特點(diǎn)有哪些？2、真空蒸鍍對(duì)蒸發(fā)源材料有哪些要求？3、簡(jiǎn)述分子束外延技術(shù)的原理和特點(diǎn)。第6章思考題：1、簡(jiǎn)述離子鍍的原理類型和特點(diǎn)2、簡(jiǎn)述磁控濺射的原理以及特點(diǎn)3、討論工作氣體壓力對(duì)濺射鍍膜過程的影響？4、表征濺射特性的參量主要有哪些？第7章思考題：1、簡(jiǎn)述CVD反應(yīng)的基本類型？2、簡(jiǎn)述化學(xué)氣相沉積的共同特點(diǎn)第8章思考題：1、實(shí)現(xiàn)化學(xué)組成、相對(duì)含量的分析,主要的分析方法有哪些？2、薄膜厚度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法及對(duì)應(yīng)的原理有哪些？討論（思考題及作業(yè)）要求：1、每章節(jié)學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生都要按上課教師的具體要求以書面的形式做一定數(shù)量的思考題，作為平時(shí)的作業(yè)成績(jī)（按約10%計(jì)入課程總成績(jī)）。2、每位學(xué)生，根據(jù)自己的興趣，對(duì)1種功能薄膜材料的特點(diǎn)、制備技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行介紹，用PPT展示匯報(bào)（時(shí)間不超過10分鐘），其它同學(xué)對(duì)該學(xué)生的匯報(bào)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)與交流。匯報(bào)表現(xiàn)與成績(jī)，按約10%計(jì)入課程總成績(jī)。

十、教材及參考書教材：《薄膜材料與薄膜技術(shù)》鄭偉濤編著化學(xué)工業(yè)出版社出版，第二版。參考書：《納米光電功能薄膜》吳錦雷編著北京大學(xué)出版社出版第一版。十一、課程成績(jī)?cè)u(píng)定與記載課程考核及評(píng)價(jià)細(xì)則課程考核及評(píng)價(jià)細(xì)則，詳見表3。

表3課程考核及評(píng)價(jià)細(xì)則成績(jī)組成考核/評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則對(duì)應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)平時(shí)成績(jī)30%上課表現(xiàn)10根據(jù)學(xué)生平時(shí)上課的出勤率、課堂表現(xiàn)及互動(dòng)情況，視其對(duì)課程學(xué)習(xí)的態(tài)度及積極