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 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 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
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
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