西安交通大学薄膜制备与分析（英）课程教学大纲一、课程基本信息薄膜制备与分析（英）课程名称Thin Film Fabrication and AnalysisMATL502502课程编号1.524总学时课程学分理论：24实验：0上机：0课外：0学时分配（课外学时不计入总学时）口公共课程口通识课程课程类型口学科门类基础课口专业大类基础课口专业核心课回专业选修课口集中实践□1-1 □1-2 □2-1 □2-2□3-1 □3-2开课学期凹4-1□4-2□5-1□5-2先修课程大学物理、大学化学、材料科学基础、材料研究方法使用教材：Milton Ohring.Materials Science of ThinFilm,教材、参Singapore: Elsevier (Singapore) Pte Ltd., 2006考书及其参考教材：时东陆，功能薄膜与功能材料：新概念与新技术(英他资料文版)。清华大学出版社，2002。二、课程目标及学生应达到的能力2.1课程的基本要求1.掌握薄膜的生长原理：了解真空科学与技术的相关基本概念、气体动力学理论、气体撞击和气流机理、真空泵和真空系统、蒸发的物理化学特性、薄膜厚度均匀性和纯度、热蒸发装置、热蒸发工艺和应用。2.熟悉薄膜结构的表征方法：能够分析薄膜及涂层的结构形态、受约束薄膜和无定形薄膜的生长和结构特征；掌握薄膜厚度的测量方法、薄膜及表面结构和化学特性的表征方法；初步掌握薄膜的机械性能测试和应力分析技术
西安交通大学薄膜制备与分析（英）课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 薄膜制备与分析（英） Thin Film Fabrication and Analysis 课程编号 MATL502502 课程学分 1.5 总学时 24 学时分配 理论: 24 实验: 0 上机: 0 课外: 0 （课外学时不计入总学时） 课程类型 公共课程 通识课程 学科门类基础课 专业大类基础课 专业核心课 专业选修课 集中实践 开课学期 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2 先修课程 大学物理、大学化学、材料科学基础、材料研究方法 教材、参 考书及其 他资料 使 用 教 材 ： Milton Ohring. Materials Science of Thin Film, Singapore: Elsevier (Singapore) Pte Ltd., 2006. 参考教材：时东陆，功能薄膜与功能材料:新概念与新技术(英 文版)。清华大学出版社，2002。 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 1．掌握薄膜的生长原理：了解真空科学与技术的相关基本概念、气体动力学理 论、气体撞击和气流机理、真空泵和真空系统、蒸发的物理化学特性、薄膜 厚度均匀性和纯度、热蒸发装置、热蒸发工艺和应用。 2．熟悉薄膜结构的表征方法：能够分析薄膜及涂层的结构形态、受约束薄膜和 无定形薄膜的生长和结构特征；掌握薄膜厚度的测量方法、薄膜及表面结构 和化学特性的表征方法；初步掌握薄膜的机械性能测试和应力分析技术
3.了解薄膜制备工艺、结构和特性等的相互影响因素；初步掌握化学气相沉积的反应类型、热力学理论和薄膜生长动力学。掌握基底表面的原子级特征、成核和生长的动力学过程、以及外延薄膜的表现形式及其生长机理。4．通过对本薄膜材料的制备和结构等问题的课堂讨论，锻炼学生交流、沟通、互助与总结问题的能力。在此基础上，了解薄膜制备与表征研究的现状。2.2课程的目标及学生应该达到的能力1.综合运用专业知识分析薄膜材料制备工艺的设计/开发解决方案使学生在了解真空科学与技术的相关基本概念的基础上，深入了解和掌握蒸发的物理化学特性、化学气相沉积的反应类型、薄膜生长动力学、基底表面的原子级特征和成核和生长的动力学过程、以及薄膜外延的形式及其机理等知识。支撑毕业要求指标点3-3：通过本课程中薄膜材料制备和结构分析的学习，能够合理地运用专业知识设计/开发薄膜制备的工艺。2.沟通和交流能力针对本课程中薄膜材料制备和结构等问题，组织以学生为主的课堂讨论，通过课堂讨论，锻炼学生的交流、沟通、互助与总结问题的能力。支撑毕业要求指标点10-1：通过课堂讨论，培养学生沟通和交流的能力。课程目标与专业毕业要求的关联关系毕业要561910234811121求课程目标课程目M标1课程目M标2注：1,2,312对应于专业认证毕业要求12条。课程目标与专业毕业要求的关联关系用H/M/L标注。三、教学内容简介序号参考章节名称知识点学时1真空技术基础气体动力学理论简介、压强及表21.1真空的基本知识面上的气体撞击、气流机理、真1.2真空的获得空泵、真空系统。1.3真空的测量2热蒸发镀膜蒸发的物理化学特性、薄膜厚度22.1热蒸发的特性均匀性和纯度、热蒸发装置、热
3．了解薄膜制备工艺、结构和特性等的相互影响因素；初步掌握化学气相沉积 的反应类型、热力学理论和薄膜生长动力学。掌握基底表面的原子级特征、 成核和生长的动力学过程、以及外延薄膜的表现形式及其生长机理。 4．通过对本薄膜材料的制备和结构等问题的课堂讨论，锻炼学生交流、沟通、 互助与总结问题的能力。在此基础上，了解薄膜制备与表征研究的现状。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 1. 综合运用专业知识分析薄膜材料制备工艺的设计/开发解决方案 使学生在了解真空科学与技术的相关基本概念的基础上，深入了解和掌握蒸 发的物理化学特性、化学气相沉积的反应类型、薄膜生长动力学、基底表面的原 子级特征和成核和生长的动力学过程、以及薄膜外延的形式及其机理等知识。 支撑毕业要求指标点 3-3：通过本课程中薄膜材料制备和结构分析的学习， 能够合理地运用专业知识设计/开发薄膜制备的工艺。 2. 沟通和交流能力 针对本课程中薄膜材料制备和结构等问题，组织以学生为主的课堂讨论，通 过课堂讨论，锻炼学生的交流、沟通、互助与总结问题的能力。 支撑毕业要求指标点 10-1：通过课堂讨论，培养学生沟通和交流的能力。 课程目标与专业毕业要求的关联关系 毕 业 要 求 课 程 目标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课 程 目 标 1 M 课 程 目 标 2 M 注：1,2,3.12 对应于专业认证毕业要求 12 条。课程目标与专业毕业要求的 关联关系用 H/M/L 标注。 三、教学内容简介 序号 章节名称 知识点 参考 学时 1 真空技术基础 1.1 真空的基本知识 1.2 真空的获得 1.3 真空的测量 气体动力学理论简介、压强及表 面上的气体撞击、气流机理、真 空泵、真空系统。 2 2 热蒸发镀膜 2.1 热蒸发的特性 蒸发的物理化学特性、薄膜厚度 均匀性和纯度、热蒸发装置、热 2
2.2热蒸发的装置蒸发工艺和应用。2.3热蒸发工艺及应用溅射和离子镀膜3离子和表面作用简介、生长中薄43.1溅射的物理本质膜的离子轰击改性、直流和交流3.2溅射镀膜的类型与反应溅射工艺、磁控溅射、混3.3离子镀原理合与改进的物理气相沉积工艺。3.4离子镀的类型化学气相沉积4化学气相沉积的反应类型、CVD中24.1化学气相沉积的基本原理的热力学理论、薄膜生长动力学、和特点热CVD工艺、等离子增强CVD工4.2CVD方法和工艺简介艺、有关CVD的材料问题。4.3其他化学气相沉积法薄膜的成核与生长基底表面的原子级特征（表面结545.1基底表面的原子级特征构和吸附反应）、成核的热力学模5.2成核与生长型、成核和生长的动力学过程、5.3薄膜的外延生长外延的表现形式及其生长机理。薄膜结构6薄膜及涂层的结构形态、薄膜中26.1薄膜的结构形态的晶粒生长（织构）、的结构形态、6.2薄膜中的晶粒生长、织构和受约束薄膜结构、无定形薄膜。微结构控制薄膜厚度的测量方法（光学测试78薄膜的表征技术法、干涉测量法等）、薄膜及表面7.1薄膜厚度的测量结构的表征（X射线和电子显微7.2薄膜及表面结构的表征术）、薄膜及表面的化学特性的表7.3薄膜及表面的化学特性征（俄歇电子能谱和X射线能量7.4 薄膜的力学性能等色散分析）、薄膜的机械性能测试和应力分析。四、教学安排详表
2.2 热蒸发的装置 2.3 热蒸发工艺及应用 蒸发工艺和应用。 3 溅射和离子镀膜 3.1 溅射的物理本质 3.2 溅射镀膜的类型 3.3 离子镀原理 3.4 离子镀的类型 离子和表面作用简介、生长中薄 膜的离子轰击改性、直流和交流 与反应溅射工艺、磁控溅射、混 合与改进的物理气相沉积工艺。 4 4 化学气相沉积 4.1 化学气相沉积的基本原理 和特点 4.2 CVD 方法和工艺简介 4.3 其他化学气相沉积法 化学气相沉积的反应类型、CVD 中 的热力学理论、薄膜生长动力学、 热 CVD 工艺、等离子增强 CVD 工 艺、有关 CVD 的材料问题。 2 5 薄膜的成核与生长 5.1 基底表面的原子级特征 5.2 成核与生长 5.3 薄膜的外延生长 基底表面的原子级特征（表面结 构和吸附反应）、成核的热力学模 型、成核和生长的动力学过程、 外延的表现形式及其生长机理。 4 6 薄膜结构 6.1 薄膜的结构形态 6.2 薄膜中的晶粒生长、织构和 微结构控制 薄膜及涂层的结构形态、薄膜中 的晶粒生长（织构）、的结构形态、 受约束薄膜结构、无定形薄膜。 2 7 薄膜的表征技术 7.1 薄膜厚度的测量 7.2 薄膜及表面结构的表征 7.3 薄膜及表面的化学特性 7.4 薄膜的力学性能等 薄膜厚度的测量方法（光学测试 法、干涉测量法等）、薄膜及表面 结构的表征（X 射线和电子显微 术）、薄膜及表面的化学特性的表 征（俄歇电子能谱和 X 射线能量 色散分析）、薄膜的机械性能测试 和应力分析。 8 四、教学安排详表
教学方式章节学时(授课、教学内容教学要求对课程目标顺序分配实验、上（知识要求及能力要求）的支撑关系机、讨论）主要讲解真空科学与技术的相关基本2使学生了解真空科学与技术的相关基本概念：概念，包括简介气体动力学理论、压第一章授课了解气体动力学理论、气体撞击和气流机理：课程目标1强及表面上的气体撞击、气流机理、理解真空泵和真空系统。真空泵和真空系统。主要讲解蒸发的物理化学特性、薄膜2使学生了解蒸发的物理化学特性、薄膜厚度均厚度均匀性和纯度、热蒸发装置、热第二章授课课程目标1匀性和纯度、热蒸发装置、热蒸发工艺和应用蒸发工艺和应用。主要讲解离子和表面作用、在薄膜生使学生初步掌握离子和表面作用、离子的表面4授课+课课程目标1长中离子轰击效应、直流和交流与反轰击效应和反应溅射工艺等。通过课堂讨论，第三章堂讨论应溅射工艺、磁控溅射和混合与改进锻炼学生的交流、沟通、互助与总结问题的能课程目标2力。的物理气相沉积工艺。主要讲解化学气相沉积的反应类型、2使学生能够初步掌握化学气相沉积的反应类第四章热力学理论和薄膜生长动力学、以及授课型、热力学理论和薄膜生长动力学、以及其他课程目标1其他化学气相沉积法。化学气相沉积法。主要讲解基底表面的原子级特征、成使学生掌握基底表面的原子级特征、成核的热1授课+课课程目标1核的热力学模型、成核和生长的动力力学模型、成核和生长的动力学过程、外慈的第五章学过程、外延的表现形式及其生长机堂讨论表现形式及其生长机理。通过课堂讨论，锻炼课程目标2理。学生的交流、沟通、互助与总结问题的能力。2主要讲解薄膜及涂层的结构形态、薄使学生能够分析薄膜及涂层的结构形态、薄膜膜中的晶粒生长（织构）、受约束薄膜第六章授课中的晶粒生长特点。理解受约束薄膜和无定形课程目标1和无定形薄膜。薄膜的生长和结构特征
章节 顺序 教学内容 学时 分配 教学方式 （授课、 实验、上 机、讨论） 教学要求 （知识要求及能力要求） 对课程目标 的支撑关系 第一章 主要讲解真空科学与技术的相关基本 概念，包括简介气体动力学理论、压 强及表面上的气体撞击、气流机理、 真空泵和真空系统。 2 授课 使学生了解真空科学与技术的相关基本概念； 了解气体动力学理论、气体撞击和气流机理； 理解真空泵和真空系统。 课程目标 1 第二章 主要讲解蒸发的物理化学特性、薄膜 厚度均匀性和纯度、热蒸发装置、热 蒸发工艺和应用。 2 授课 使学生了解蒸发的物理化学特性、薄膜厚度均 匀性和纯度、热蒸发装置、热蒸发工艺和应用。 课程目标 1 第三章 主要讲解离子和表面作用、在薄膜生 长中离子轰击效应、直流和交流与反 应溅射工艺、磁控溅射和混合与改进 的物理气相沉积工艺。 4 授课+课 堂讨论 使学生初步掌握离子和表面作用、离子的表面 轰击效应和反应溅射工艺等。通过课堂讨论， 锻炼学生的交流、沟通、互助与总结问题的能 力。 课程目标 1 课程目标 2 第四章 主要讲解化学气相沉积的反应类型、 热力学理论和薄膜生长动力学、以及 其他化学气相沉积法。 2 授课 使学生能够初步掌握化学气相沉积的反应类 型、热力学理论和薄膜生长动力学、以及其他 化学气相沉积法。 课程目标 1 第五章 主要讲解基底表面的原子级特征、成 核的热力学模型、成核和生长的动力 学过程、外延的表现形式及其生长机 理。 4 授课+课 堂讨论 使学生掌握基底表面的原子级特征、成核的热 力学模型、成核和生长的动力学过程、外延的 表现形式及其生长机理。通过课堂讨论，锻炼 学生的交流、沟通、互助与总结问题的能力。 课程目标 1 课程目标 2 第六章 主要讲解薄膜及涂层的结构形态、薄 膜中的晶粒生长（织构）、受约束薄膜 和无定形薄膜。 2 授课 使学生能够分析薄膜及涂层的结构形态、薄膜 中的晶粒生长特点。理解受约束薄膜和无定形 薄膜的生长和结构特征。 课程目标 1
薄膜厚度的测量方法（光学测试法、8使学生能够掌握薄膜厚度的测量方法、薄膜及干涉测量法等）、薄膜及表面结构的表表面结构的表征方法和薄膜及表面的化学特征方法（X射线和电子显微术）、薄膜性的表征。初步掌握薄膜的机械性能测试和应授课+自及表面的化学特性的表征（俄歇电子力分析技术。通过自学报告锻炼学生合理概括课程目标1第七章学报告+课程目标2能谱和X射线能量色散分析）、薄膜的和总结文献的能力：在此基础上，理解薄膜及课堂讨论机械性能测试和应力分析。表面结构的表征方法的进展与现状。通过课堂讨论，锻炼学生的交流、沟通、互助与总结的能力，学会利用集体的力量解决复杂问题
第七章 薄膜厚度的测量方法（光学测试法、 干涉测量法等）、薄膜及表面结构的表 征方法（X 射线和电子显微术）、薄膜 及表面的化学特性的表征（俄歇电子 能谱和 X 射线能量色散分析）、薄膜的 机械性能测试和应力分析。 8 授课+自 学报告+ 课堂讨论 使学生能够掌握薄膜厚度的测量方法、薄膜及 表面结构的表征方法和薄膜及表面的化学特 性的表征。初步掌握薄膜的机械性能测试和应 力分析技术。通过自学报告锻炼学生合理概括 和总结文献的能力；在此基础上，理解薄膜及 表面结构的表征方法的进展与现状。通过课堂 讨论，锻炼学生的交流、沟通、互助与总结的 能力，学会利用集体的力量解决复杂问题。 课程目标 1 课程目标 2
五、考核方式及成绩构成5.1考核成绩构成平时：40%，（包含：平时作业，课堂讨论，自学报告）期末：60%5.2课程目标的考核环节与评分标准1课程教学与考核环节及其对应的课程目标的汇总课堂授课主要使学生掌握薄膜材料的基础知识，以及培养学生对相关工程问题的分析和研究能力，对应课程目标1、课程目标2和课程目标3。平时作业主要培养学生利用基础知识，对复杂工程问题的分析研究能力，对应课程课程目标2和课程目标3。课堂讨论主要培养学生沟通和交流能力，对应于课程目标4。自学报告主要培养学生终身学习的意识和能力，对应课程目标4。另外，在期末考试试题（满分100分），其中有40分的题目考察学生设计开发与解决方案的能力。具体如表5-1所示。表5-1课程各教学环节与课程目标达成计算的比例考核与评价方式课堂讨论自学报告课程考试*（100分）（100分）（100分）50%40%课程目标1（3-3)100%50%60%课程目标2(10-1)注明：1）表格中的百分数是各考核环节对课程目标的贡献比例。2）*期末考试试题有40分题目对应课程目标1，其余60分用于考核学生本课程专业知识掌握情况。2课堂讨论与自学报告评分标准（1）课堂讨论及评价标准主讲教师通过选择专题组织课堂讨论或者其他形式的讨论，主要培养学生与同学、同伴和同行的沟通交流能力。表5-2课堂讨论考核与评分标准评价标准优秀良好及格不及格
五、考核方式及成绩构成 5.1 考核成绩构成 平时： 40 %，（包含：平时作业，课堂讨论，自学报告） 期末： 60 % 5.2 课程目标的考核环节与评分标准 1 课程教学与考核环节及其对应的课程目标的汇总 课堂授课主要使学生掌握薄膜材料的基础知识，以及培养学生对相关工程问 题的分析和研究能力，对应课程目标 1、课程目标 2 和课程目标 3。平时作业主 要培养学生利用基础知识，对复杂工程问题的分析研究能力，对应课程课程目标 2 和课程目标 3。课堂讨论主要培养学生沟通和交流能力，对应于课程目标 4。 自学报告主要培养学生终身学习的意识和能力，对应课程目标 4。另外，在期末 考试试题（满分 100 分），其中有 40 分的题目考察学生设计开发与解决方案的能 力。具体如表 5-1 所示。 表 5-1 课程各教学环节与课程目标达成计算的比例 考核与评价方式 课堂讨论 （100 分） 自学报告 （100 分） 课程考试* （100 分） 课程目标 1（3-3） 50% 100% 40% 课程目标 2 (10-1) 50% 60% 注明：1）表格中的百分数是各考核环节对课程目标的贡献比例。2）*期末考试试题有 40 分题目对应课程目标 1,其余 60 分用于考核学生本课程专业知识掌握情况。 2 课堂讨论与自学报告评分标准 （1） 课堂讨论及评价标准 主讲教师通过选择专题组织课堂讨论或者其他形式的讨论，主要培养学生与 同学、同伴和同行的沟通交流能力。 表 5-2 课堂讨论考核与评分标准 评价标准 优秀 良好 及格 不及格
75-840-5985-10060-74能够准确清晰表达能够清楚表述自能够比较清楚表述不清楚，在自己的观点，基本概己的观点，基本表达自己的观课堂无法与老概念正确，能够点，与同学进行念正确，逻辑性强，师和同学交流和讨论。深入讨论话题，并同在一定程度上深一般的讨论和学之间有效讨论或入讨论话题，交交流，逻辑基本清楚。者辩论，概念正确，流有逻辑，有一有说服力。定的说服力。（2）自学报告评分标准主讲教师布置特定题目或者学生自选题目（必须经过主讲教师同意），查阅文献，经过分析和综述，撰写一份3000-4000字的自学报告。表5-3自学报告评分标准评分标准优秀（85-100）良好（70-84）合格（60-69）不合格（<60）能够通过文献查能够通过文献查阅能够通过文献查文献调研不全阅与调研，指出专与调研，基本明确阅与调研确定拓面，对研究方向题目前进展与现专题的进展与现展方向，对专题目前的进展不清状，能对课本知识状，能对课本知识向的进展有一些楚，不能概况总有效补充，并能合一定程度补充，合了解，基本能概结。理总结。理概括总结。括总结。大纲制定者：大纲审核者：孙巧艳最后修订时间：2019年10月9日
85-100 75-84 60-74 0-59 能够准确清晰表达 自己的观点，基本概 念正确，逻辑性强， 深入讨论话题，并同 学之间有效讨论或 者辩论，概念正确， 有说服力。 能够清楚表述自 己的观点，基本 概念正确，能够 在一定程度上深 入讨论话题，交 流有逻辑，有一 定的说服力。 能够比较清楚 表达自己的观 点，与同学进行 一般的讨论和 交流，逻辑基本 清楚。 表述不清楚，在 课堂无法与老 师和同学交流 和讨论。 （2）自学报告评分标准 主讲教师布置特定题目或者学生自选题目（必须经过主讲教师同意），查阅文 献，经过分析和综述，撰写一份 3000-4000 字的自学报告。 表 5-3 自学报告评分标准 评分标准 优秀（85-100） 良好（70-84） 合格（60-69） 不合格（<60） 能够通过文献查 阅与调研，指出专 题目前进展与现 状，能对课本知识 有效补充，并能合 理概括总结。 能够通过文献查阅 与调研，基本明确 专 题 的 进 展 与 现 状，能对课本知识 一定程度补充， 合 理总结。 能够通过文献查 阅与调研确定拓 展方向，对专题 向的进展有一些 了解，基本能概 括总结。 文 献 调 研 不 全 面，对研究方向 目前的进展不清 楚，不能概况总 结。 大纲制定者：_ 大纲审核者：_孙巧艳_ 最后修订时间：2019 年 10 月 9 日