《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：材料化学 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：材料化学 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 8 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
