《薄膜技术》实验教学大纲编写：黄晓亚审核：王新练课程编码1302409课程名称薄膜技术学分适用专业应用物理学学时8考核形式先修课程开课学期第六学期普通物理固体物理一、课程简介《薄膜技术》实验是应用物理专业任选课程《薄膜技术》的相应实践教学环节，是该课程的课内实验部分。二、课程实验教学目的与要求通过实验教学，使学生掌握薄膜材料的制备方法，熟悉相关设备的使用方法。同时，加深学生对薄膜材料相关知识的理解，培养学生解决实际问题的能力。三、实验项目1.磁控溅射法制备薄膜实验目的：1．了解真空的获得方法和测量技术；2.了解机械泵、分子泵工作原理和操作方法；3.掌握物理汽相沉积法制备薄膜材料的原理和方法；4.掌握磁控溅射镀膜机的操作方法。实验原理：溅射法是物理气相淀积薄膜的方法之一。溅射法是利用带电离子在电场中加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的靶电极。在离子能量合适的情况下，入射离子在与靶表面原子的碰撞过程中使靶原子溅射出来。这些被溅射出来的原子将带有一定的动能，并沿一定方向射向衬底，从而实现了在衬底上的薄膜沉积。磁控溅射技术作为一种沉积速率较高工作气体压强较低的溅射技术具有其独特的优越性。因为速度为V的电子在电场E和磁感应强度B的磁场中运动时，既受电场力的作用，又受洛仑兹力的作用，则电子的运动轨迹将是沿电场方向加速，同时绕磁场方向螺旋前进，电子的运动路径由于磁场的作用而大幅度地增加，提高了与原子的碰撞几率，从而有效地提高了气体的离化效率和薄膜的沉积速率。实验器材：
《薄膜技术》实验教学大纲 编写：黄晓亚 审核： 王新练 一、课程简介 《薄膜技术》实验是应用物理专业任选课程《薄膜技术》的相应实践教学环节，是该课 程的课内实验部分。 二、课程实验教学目的与要求 通过实验教学，使学生掌握薄膜材料的制备方法，熟悉相关设备的使用方法。同时，加 深学生对薄膜材料相关知识的理解，培养学生解决实际问题的能力。 三、实验项目 1. 磁控溅射法制备薄膜 实验目的： 1．了解真空的获得方法和测量技术； 2．了解机械泵、分子泵工作原理和操作方法； 3．掌握物理汽相沉积法制备薄膜材料的原理和方法； 4．掌握磁控溅射镀膜机的操作方法。 实验原理： 溅射法是物理气相淀积薄膜的方法之一。溅射法是利用带电离子在电场中加速后具有一 定动能的特点，将离子引向欲被溅射的靶电极。在离子能量合适的情况下，入射离子在与靶 表面原子的碰撞过程中使靶原子溅射出来。这些被溅射出来的原子将带有一定的动能，并沿 一定方向射向衬底，从而实现了在衬底上的薄膜沉积。磁控溅射技术作为一种沉积速率较高， 工作气体压强较低的溅射技术具有其独特的优越性。因为速度为 V 的电子在电场 E 和磁感 应强度 B 的磁场中运动时，既受电场力的作用，又受洛仑兹力的作用，则电子的运动轨迹将 是沿电场方向加速，同时绕磁场方向螺旋前进，电子的运动路径由于磁场的作用而大幅度地 增加，提高了与原子的碰撞几率，从而有效地提高了气体的离化效率和薄膜的沉积速率。 实验器材： 课程编码 1302409 课程名称 薄膜技术 适用专业 应用物理学 学分 考核形式 学时 8 先修课程 普通物理 固体物理 开课学期 第六学期
磁控溅射镀膜机，超声波清洗仪，溅射靶，硅片，玻璃片，酒精，丙酮等。实验内容：1.清洗衬底2.装样品3.抽真空4.通入工作气体5.镀膜6.取样关机2.溶胶-凝胶法制备纳米Ti02微粉实验目的：1.用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2微粉。2.掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理。3.了解纳米粒子常用的表征手段。实验原理：溶胶一凝胶法是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。溶胶是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，并且不停的进行布朗运动的体系。根据粒子与溶剂间相互作用的强弱，通常将溶胶分为亲液型和憎液型两类。由于界面原子的Gibbs自由能比内部原子高，溶胶是热力学不稳定体系。凝胶是指胶体颗粒或高聚物分子互相交联，形成空间网状结构，在网状结构的孔隙中充满了液体（在干凝胶中的分散介质也可以是气体)的分散体系。并非所有的溶胶都能转变为凝胶，凝胶能否形成的关键在于胶粒间的相互作用力是否足够强，以致克服胶粒一溶剂间的相互作用力。对于热力学不稳定的溶胶，增加体系中粒子间结合所须克服的能垒可使之在动力学上稳定。因此，胶粒间相互靠近或吸附聚合时，可降低体系的能量，并趋于稳定，进而形成凝胶。该方法的优点是：（1)反应温度低，反应过程易于控制：(2)制品的均匀度和纯度高、均匀性可达分子或原子水平：(3)化学计量准确，易于改性，掺杂的范围宽（包括掺杂的量和种类)：（4)从同一种原料出发，改变工艺过程即可获得不同的产品如粉料、薄膜、纤维等：（5)工艺简单，不需要昂贵的设备。随着科学工作者的不断努力，对溶胶一凝胶机理的进一步认识，其方法在制备新材料领域会得到更加广泛的应用。纳米材料的表征方法包括：（1）粒度分析：激光粒度分析法、电镜法粒度分析法等；（2）形貌分析：扫描电镜、透射电镜、扫描探针显微镜和原子力显微镜等；（3）成分分析：
磁控溅射镀膜机，超声波清洗仪，溅射靶，硅片，玻璃片，酒精，丙酮等。 实验内容： 1．清洗衬底 2．装样品 3．抽真空 4．通入工作气体 5．镀膜 6．取样关机 2. 溶胶-凝胶法制备纳米 TiO2 微粉 实验目的： 1. 用溶胶-凝胶法制备纳米 TiO2 微粉。 2．掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理。 3．了解纳米粒子常用的表征手段。 实验原理： 溶胶－凝胶法是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成 的氧化物或其它化合物固体的方法。溶胶是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，并且不停 的进行布朗运动的体系。根据粒子与溶剂间相互作用的强弱，通常将溶胶分为亲液型和憎液 型两类。由于界面原子的 Gibbs 自由能比内部原子高，溶胶是热力学不稳定体系。凝胶是指 胶体颗粒或高聚物分子互相交联，形成空间网状结构，在网状结构的孔隙中充满了液体(在 干凝胶中的分散介质也可以是气体)的分散体系。并非所有的溶胶都能转变为凝胶，凝胶能 否形成的关键在于胶粒间的相互作用力是否足够强，以致克服胶粒－溶剂间的相互作用力。 对于热力学不稳定的溶胶，增加体系中粒子间结合所须克服的能垒可使之在动力学上稳定。 因此，胶粒间相互靠近或吸附聚合时，可降低体系的能量，并趋于稳定，进而形成凝胶。 该 方法的优点是：(1)反应温度低，反应过程易于控制；(2)制品的均匀度和纯度高、均匀性可 达分子或原子水平；(3)化学计量准确，易于改性，掺杂的范围宽(包括掺杂的量和种类)；(4) 从同一种原料出发，改变工艺过程即可获得不同的产品如粉料、薄膜、纤维等；(5)工艺简单， 不需要昂贵的设备。随着科学工作者的不断努力，对溶胶－凝胶机理的进一步认识，其方法 在制备新材料领域会得到更加广泛的应用。 纳米材料的表征方法包括：（1）粒度分析：激光粒度分析法、电镜法粒度分析法等； （2）形貌分析：扫描电镜、透射电镜、扫描探针显微镜和原子力显微镜等；（3）成分分析：
包括体材料分析方法和表面与微区成分分析方法，体相材料分析方法有原子吸收光谱法，电感耦合等离子体发射法，X射线荧光光谱分析法。表面与微区成分分析方法包括电子能谱分析法、电子探针分析方法、电镜-能谱分析方法和二次离子质谱分析方法等）：（4）结构分析：X射线衍射，电子衍射等：（5）界面与表面分析：X射线光电子能谱分析，俄歇电子能谱仪等。实验器材：仪器：电磁搅拌器，离心机，恒温干燥厢，高温炉。试剂：钛酸丁酯，无水乙醇，冰醋酸（各试剂均用A.R或C.P级产品）。实验步骤：1.基片清洗,前驱物制备2.制膜3.加温.四、实验项目学时分配表序号学时实验项目实验类别综合实验简介、熟悉实验室规程、安全知111识、仪器和仪表的使用要求等。42磁控溅射法制备导电薄膜综合性33溶胶-凝胶法制备纳米Ti02微粉综合性五、实验报告格式实验目的、实验原理简介、实验内容及程序、实验数据处理及结果分析。六、成绩评定标准根据学生在实验过程中的表现、实验操作技能及效果、实验报告质量来综合评定成绩，单个实验项目考核分为三部分：实验预习（20%）、实验操作（30%）和实验报告（50%），最终实验成绩为各实验项目成绩求平均，成绩按优、良、中、及格、不及格五级评定。并按总成绩的10%计入《薄膜技术》课程成绩总分中。七、教材及参考书实验教材：自编实验指导书《薄膜物理与技术》主编：陈国平东南大学出版社，1993《薄膜材料制备原理、技术及应用》主编：唐伟忠：金工业出版社，1999
包括体材料分析方法和表面与微区成分分析方法，体相材料分析方法有原子吸收光谱法，电 感耦合等离子体发射法，X 射线荧光光谱分析法。表面与微区成分分析方法包括电子能谱分 析法、电子探针分析方法、电镜-能谱分析方法和二次离子质谱分析方法等）；（4）结构分析： X 射线衍射，电子衍射等；（5）界面与表面分析：X 射线光电子能谱分析，俄歇电子能谱仪 等。 实验器材： 仪器：电磁搅拌器，离心机，恒温干燥厢，高温炉。 试剂：钛酸丁酯，无水乙醇，冰醋酸 （各试剂均用 A.R 或 C.P 级产品）。 实验步骤： 1.基片清洗,前驱物制备. 2.制膜 3.加温. 四、实验项目学时分配表 序 号 实 验 项 目 实验类别 学 时 1 综合实验简介、熟悉实验室规程、安全知 识、仪器和仪表的使用要求等。 1 1 2 磁控溅射法制备导电薄膜 综合性 4 3 溶胶-凝胶法制备纳米 TiO2 微粉 综合性 3 五、实验报告格式 实验目的、实验原理简介、实验内容及程序、实验数据处理及结果分析。 六、成绩评定标准 根据学生在实验过程中的表现、实验操作技能及效果、实验报告质量来综合评定成绩， 单个实验项目考核分为三部分：实验预习（20%）、实验操作（30%）和实验报告（50%）， 最终实验成绩为各实验项目成绩求平均，成绩按优、良、中、及格、不及格五级评定。并按 总成绩的 10%计入《薄膜技术》课程成绩总分中。 七、教材及参考书 实验教材：自编实验指导书 《薄膜物理与技术》主编：陈国平 东南大学出版社，1993 《薄膜材料制备原理、技术及应用》主编：唐伟忠 冶金工业出版社，1999