《薄膜科学与技术》课程教学大纲 课程名称:薄膜科学与技术 课程类别:专业选修课 适用专业:化学 考核方式:考查 总学时、学分:32学时2学分 其中实验学时:0学时 一、课程教学目的 自本世纪七十年代以来,薄膜技术与薄膜材料得到突飞猛进的发 展,无论在学术上还是在实际应用中都取得了丰硕的成果,并已成为 当代真空科学与技术和材料科学中最活跃的研究领域。薄膜技术、薄 膜材料、表面科学相结合推动了薄膜产品全方位的开发与应用。本课 程通过讲授真空及薄膜的物理基础、薄膜制备工艺、薄膜的形成和结 构、薄膜结构的表征技术等内容,目的是使学生掌握基本的薄膜物理 和化学制备技术,并了解薄膜材料的基本特点和物性检测的主要方法, 从而拓宽学生的知识领域,培养出知识结构更为合理的优秀人才。 二、课程教学要求 通过本课程的学习,要求学生初步掌握真空及薄膜的物理基础, 对真空获得、真空测量、气体放电、等离子体物理、离子溅射、薄膜 生长等有较深入的了解:在重点掌握真空蒸镀、溅射、化学气相沉积 等基本工艺的基础上,对迅速发展的薄膜技术有全面的了解:通过资 料调研和课堂讨论,在重点了解一两种薄膜材料的基础上,对各种类 型薄膜材料的制备、结构、性能及应用有系统的了解。通过本课程的 学习,要求能够使用多种类型薄膜材料的设备、分析多种类型的薄膜
《薄膜科学与技术》课程教学大纲 课程名称:薄膜科学与技术 课程类别:专业选修课 适用专业:化学 考核方式:考查 总学时、学分: 32 学时 2 学分 其中实验学时: 0 学时 一、课程教学目的 自本世纪七十年代以来,薄膜技术与薄膜材料得到突飞猛进的发 展,无论在学术上还是在实际应用中都取得了丰硕的成果,并已成为 当代真空科学与技术和材料科学中最活跃的研究领域。薄膜技术、薄 膜材料、表面科学相结合推动了薄膜产品全方位的开发与应用。本课 程通过讲授真空及薄膜的物理基础、薄膜制备工艺、薄膜的形成和结 构、薄膜结构的表征技术等内容,目的是使学生掌握基本的薄膜物理 和化学制备技术,并了解薄膜材料的基本特点和物性检测的主要方法, 从而拓宽学生的知识领域,培养出知识结构更为合理的优秀人才。 二、课程教学要求 通过本课程的学习,要求学生初步掌握真空及薄膜的物理基础, 对真空获得、真空测量、气体放电、等离子体物理、离子溅射、薄膜 生长等有较深入的了解;在重点掌握真空蒸镀、溅射、化学气相沉积 等基本工艺的基础上,对迅速发展的薄膜技术有全面的了解;通过资 料调研和课堂讨论,在重点了解一两种薄膜材料的基础上,对各种类 型薄膜材料的制备、结构、性能及应用有系统的了解。通过本课程的 学习,要求能够使用多种类型薄膜材料的设备、分析多种类型的薄膜
的性能,并初步具备开发新设备、制备新材料的能力。 三、先修课程 学生学习完《功能材料概论》、《材料物理化学》、《材料现代表征 技术》和《材料物理导论》以后开设本课程。 四、课程教学重、难点 本课程重点是真空的获得及测量、蒸发法、溅射法、化学气相沉 积以及薄膜生长与形核理论。 本课程难点是气体放电、薄膜热力学与动力学以及薄膜生长与结 构。 五、课程教学方法与教学手段 教学方法:课程讲授中采用启发式教学,突出重点,讲透原理, 把镀膜技术的发展和课程教学紧密结合起来,培养学生思考问题、分 析问题和解决问题的能力。 教学手段:在教学中采用板书、电子教案及多媒体教学等相结合 的教学手段,以确保全面、高质量地完成课程教学任务。 六、课程教学内容 第1章薄膜制备的真空技术基础(4学时) 1.教学内容 (1)气体分子运动论的基本概念:气体分子的速度及其分布;气体的压强和平均自由程: 气体分子在表面上的碰撞:真空的划分: (2)气体的流动状态和真空抽速:气体的流动状态:气体管路的流导:真空泵的抽速: (3)真空的获得:真空泵以及工作原理: (4)真空的测量:热偶规:离子规。 2.重、难点提示
的性能,并初步具备开发新设备、制备新材料的能力。 三、先修课程 学生学习完《功能材料概论》、《材料物理化学》、《材料现代表征 技术》和《材料物理导论》以后开设本课程。 四、课程教学重、难点 本课程重点是真空的获得及测量、蒸发法、溅射法、化学气相沉 积以及薄膜生长与形核理论。 本课程难点是气体放电、薄膜热力学与动力学以及薄膜生长与结 构。 五、课程教学方法与教学手段 教学方法:课程讲授中采用启发式教学,突出重点,讲透原理, 把镀膜技术的发展和课程教学紧密结合起来,培养学生思考问题、分 析问题和解决问题的能力。 教学手段:在教学中采用板书、电子教案及多媒体教学等相结合 的教学手段,以确保全面、高质量地完成课程教学任务。 六、课程教学内容 第 1 章 薄膜制备的真空技术基础(4 学时) 1.教学内容 (1)气体分子运动论的基本概念:气体分子的速度及其分布;气体的压强和平均自由程; 气体分子在表面上的碰撞;真空的划分; (2)气体的流动状态和真空抽速:气体的流动状态;气体管路的流导;真空泵的抽速; (3)真空的获得:真空泵以及工作原理; (4)真空的测量:热偶规;离子规。 2.重、难点提示
(1)教学重点:真空物理基础知识: (2)教学难点:真空泵工作原理和真空测量的基本原理。 第2章蒸发法(6学时) 1.教学内容 (1)物质的热蒸发:真空蒸发原理:蒸发镀膜过程:饱和蒸气压和温度的关系:蒸发速 率:化合物的蒸发:合金的蒸发: (2)薄膜沉积的厚度均匀性与纯度:沉积的几何方向性对薄膜均匀性的影响:蒸发源的 几何形状对薄膜均匀性的影响:蒸发源与基片的相对位置配置:薄膜纯度: (3)真空蒸发装置:电阻蒸发源装置:电子束蒸发装置:电弧蒸发装置:高频感应蒸发 装置;脉冲激光沉积装置。 2.重、难点提示 (1)教学重点:影响薄膜纯度和厚度均与性的因素,真空蒸镀技术: (2)教学难点:各种蒸发装置的工作原理。 第3章溅射法及其他物理气相沉积方法(8学时) 1.教学内容 (1)气体的放电现象:溅射的发展及热点:辉光放电: (2)物质的溅射现象:溅射特性:溅射过程: (3)溅射机理:热蒸发理论:动量转移理论: (4)溅射镀膜类型:直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应溅射、偏压溅射: (⑤)其他物理气相沉积方法方法:离子镀。 2.重、难点提示 (1)教学重点:气体的辉光放电,溅射镀膜技术: (2)教学难点:溅射的机理以及各种溅射镀膜的原理。 第4章薄膜的化学气相沉积(4学时) 1.教学内容 (1)化学气相沉积反应的类型:高温分解反应:氧化反应:合成反应:歧化反应: (2)化学气相沉积过程的热力学:热力学计算的目的:Si单晶薄膜生长的热力学计算: (3)化学气相沉积过程的动力学:气体输运过程;气体输运与薄膜均匀性:$ⅰ单晶薄膜 生长的动力学计算:
(1)教学重点:真空物理基础知识; (2)教学难点:真空泵工作原理和真空测量的基本原理。 第 2 章 蒸发法(6 学时) 1.教学内容 (1)物质的热蒸发:真空蒸发原理;蒸发镀膜过程;饱和蒸气压和温度的关系;蒸发速 率;化合物的蒸发;合金的蒸发; (2)薄膜沉积的厚度均匀性与纯度:沉积的几何方向性对薄膜均匀性的影响;蒸发源的 几何形状对薄膜均匀性的影响;蒸发源与基片的相对位置配置;薄膜纯度; (3)真空蒸发装置:电阻蒸发源装置;电子束蒸发装置;电弧蒸发装置;高频感应蒸发 装置;脉冲激光沉积装置。 2.重、难点提示 (1)教学重点:影响薄膜纯度和厚度均与性的因素,真空蒸镀技术; (2)教学难点:各种蒸发装置的工作原理。 第 3 章 溅射法及其他物理气相沉积方法(8 学时) 1.教学内容 (1)气体的放电现象:溅射的发展及热点;辉光放电; (2)物质的溅射现象:溅射特性;溅射过程;; (3)溅射机理:热蒸发理论;动量转移理论; (4)溅射镀膜类型:直流溅射、射频溅射、磁控溅射、反应溅射、偏压溅射; (5)其他物理气相沉积方法方法:离子镀。 2.重、难点提示 (1)教学重点:气体的辉光放电,溅射镀膜技术; (2)教学难点:溅射的机理以及各种溅射镀膜的原理。 第 4 章 薄膜的化学气相沉积(4 学时) 1.教学内容 (1)化学气相沉积反应的类型:高温分解反应;氧化反应;合成反应;歧化反应; (2)化学气相沉积过程的热力学:热力学计算的目的;Si 单晶薄膜生长的热力学计算; (3)化学气相沉积过程的动力学:气体输运过程;气体输运与薄膜均匀性;Si 单晶薄膜 生长的动力学计算;
(4)化学气相沉积装置:高温大气压CVD:低温大气压CVD:低气压CVD:金属有机 CVD:激光增强CVD:等离子体增强CVD。 2.重、难点提示 (1)教学重点:化学气相沉积工艺: (2)教学难点:化学气相沉积的热力学和动力学计算。 第5章薄膜的生长过程和薄膜结构(6学时) 1.教学内容 (1)薄膜生长过程概述: (2)薄膜的自发和非自发形核理论: (3)连续薄膜的形成: (4)薄膜生长过程和结构: (4)非晶薄膜: (4)薄膜的外延生长。 2.重、难点提示 ()教学重点:薄膜的形成和生长过程: (2)教学难点:薄膜生长与形核理论。 第6章薄膜材料的表征(4学时) 1.教学内容 (1)薄膜厚度的测量: (2)薄膜结构的表征方法: (3)薄膜成分的表征方法。 2.重、难点提示 ()教学重点:薄膜结构和成分的表征技术: (2)教学难点:薄膜结构表征技术的原理。 七、学时分配 教学环节 章目 教学内容 理论教学学时 薄膜制备的真空技术基 4
(4)化学气相沉积装置:高温大气压 CVD;低温大气压 CVD;低气压 CVD;金属有机 CVD;激光增强 CVD;等离子体增强 CVD。 2.重、难点提示 (1)教学重点:化学气相沉积工艺; (2)教学难点:化学气相沉积的热力学和动力学计算。 第 5 章 薄膜的生长过程和薄膜结构(6 学时) 1.教学内容 (1)薄膜生长过程概述; (2)薄膜的自发和非自发形核理论; (3)连续薄膜的形成; (4)薄膜生长过程和结构; (4)非晶薄膜; (4)薄膜的外延生长。 2.重、难点提示 (1)教学重点:薄膜的形成和生长过程; (2)教学难点:薄膜生长与形核理论。 第 6 章 薄膜材料的表征(4 学时) 1.教学内容 (1)薄膜厚度的测量; (2)薄膜结构的表征方法: (3)薄膜成分的表征方法。 2.重、难点提示 (1)教学重点:薄膜结构和成分的表征技术; (2)教学难点:薄膜结构表征技术的原理。 七、学时分配 章目 教学内容 教学环节 理论教学学时 一 薄膜制备的真空技术基 4
础 二 蒸发法 6 溅射法及其他物理气相 三 沉积方法 四 薄膜的化学气相沉积 4 薄膜的生长过程和薄膜 五 6 结构 六 薄膜材料的表征 4 总计 32 八、课程考核方式 1考核方式: 笔试:开卷 2.成绩构成 试卷成绩 九、选用教材和参考书目 [1]《真空镀膜》,李云奇编,化学工业出版社,2012年: [2]《功能薄膜及其制备技术》,戴达煌,代明江,候惠君编,治金工业出版社: 2013年 [3]《真空镀膜原理与技术》(第一版),方应翠编,科学出版社,2014年: [4]《现代薄膜材料与技术》(第一版),张永宏编,西北工业大学出版社,2016 年; [5]《薄膜技术与薄膜材料》(第一版),石玉龙,闫凤英编,化学工业出版社, 2015年
础 二 蒸发法 6 三 溅射法及其他物理气相 沉积方法 8 四 薄膜的化学气相沉积 4 五 薄膜的生长过程和薄膜 结构 6 六 薄膜材料的表征 4 总计 32 八、课程考核方式 1.考核方式: 笔试;开卷 2.成绩构成 试卷成绩 九、选用教材和参考书目 [1]《真空镀膜》,李云奇编,化学工业出版社,2012 年; [2]《功能薄膜及其制备技术》,戴达煌,代明江,候惠君编,冶金工业出版社; 2013 年; [3]《真空镀膜原理与技术》(第一版),方应翠编,科学出版社,2014 年; [4]《现代薄膜材料与技术》(第一版),张永宏编,西北工业大学出版社,2016 年; [5]《薄膜技术与薄膜材料》(第一版),石玉龙,闫凤英编,化学工业出版社, 2015 年