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《薄膜物理与技术》课程教学大纲课程代码：ABCL0527课程中文名称: 薄膜物理与技术课程英文名称：Thin film physics and technology课程性质：选修课程学分数：1.5课程学时数：24授课对象：新能源材料与器件专业本课程的前导课程：《材料表面与界面》、《近代物理概论》、《材料科学基础》、《固体物理》、《材料物理性能》一、课程简介本课程主要论述薄膜的制造技术与薄膜物理的基础内容。
其中系统介绍了各种成膜技术的基本原理与方法，包括蒸发镀膜、溅射镀膜、离子镀、化学气相沉积、溶液制膜技术以及膜厚的测量与监控等。
同时介绍了薄膜的形成，薄膜的结构与缺陷，薄膜的电学性质、力学性质、半导体特性、磁学性质以及超导性质等。
通过本课程的讲授，使学生在薄膜物理基础部分，懂得薄膜形成物理过程及其特征，薄膜的电磁学、光学、力学、化学等性质。
在薄膜技术部分初步掌握各种成膜技术的基本内容以及薄膜性能的检测。
二、教学基本内容和要求掌握物理、化学气相沉积法制膜技术，了解其它一些成膜技术。
学会对不同需求的薄膜，应选用不同的制膜技术。
了解各种薄膜形成的过程及其物理特性。
理解并能运用热力学界面能理论及原子聚集理论解释薄膜形成过程中的一些现象，了解薄膜结构及分析方法，理解薄膜材料的一些基本特性，为薄膜的应用打下良好的基础。
以下分章节介绍：第一章真空技术基础课程教学内容：真空的基础知识及真空的获得和测量。
课程重点、难点：真空获得的一些手段及常用的测量方法。
课程教学要求：掌握真空、平均自由程的概念，真空各种单位的换算，平均自由程、碰撞频率、碰撞频率的长度分布率的公式，高真空镀膜机的系统结构及抽气的基本过程。
理解蒸汽、理想气体的概念，余弦散射率，真空中气体的来源，机械泵、扩散泵、分子泵以及热偶真空计和电离真空计的工作原理。
了解真空的划分，气体的流动状态的划分，气体分子的速度分布，超高真空泵的工作原理。
第二章真空蒸发镀膜法课程教学内容：真空蒸发原理，蒸发源的蒸发特性及膜厚分布，蒸发源的类型，合金及化合物的蒸发，膜厚和淀积速率的测量与监控。
高分子薄膜中的微观结构和物理性质高分子薄膜是一种普遍存在于生活中的材料，例如保鲜膜、塑料袋、遮阳膜等。
这些薄膜通常是由聚合物分子组成，具有优异的物理性质和机械性能。
然而，这些性质和性能的展现与高分子薄膜中的微观结构密切相关。
本篇文章将从微观层面出发，深入探讨高分子薄膜的微观结构和相关的物理性质。
一、高分子薄膜的微观结构高分子薄膜的微观结构通常具有层状结构和复杂的纳米结构。
其中，层状结构指的是高分子分子链沿垂直于薄膜表面方向组成类似“层叠状”的结构。
这种结构中，高分子链之间相互排斥，并通过侧链、支链或交联等方式实现微观相分离，形成类似于蛋白质的次级结构，例如β-折叠和α-螺旋。
这些次级结构会影响高分子薄膜的物理性质。
除此之外，高分子薄膜还可能存在复杂的纳米结构。
例如，高分子链可以在特定条件下形成聚集体，例如丝状聚合物、胶束和微胶囊等。
这些聚集体具有相互约束的空间结构，包裹在其中的分子在物理性质、化学反应等方面会受到限制。
二、高分子薄膜的物理性质高分子薄膜的物理性质取决于高分子分子链的微观结构和组成。
这些性质通常包括力学性质、光学性质、电学性质、热学性质等。
下面，我们将重点介绍高分子薄膜的力学、光学和电学性质。
1. 力学性质高分子薄膜的力学性质是高分子材料一个非常重要的物理性质。
对于很多应用而言，高分子薄膜的强度、韧性和弹性模量都是非常重要的。
这些性质在很大程度上受高分子分子链的排布和微观结构的影响。
通过合理的分子结构调控可以实现一系列的调控，控制薄膜的力学性质。
2. 光学性质高分子薄膜的光学性质通常受到高分子分子链和复杂纳米结构的影响。
高分子薄膜常常会出现不同的光学效应，例如干涉、多色散和吸收等。
这些效应通常基于复杂的光学干涉和散射作用。
3. 电学性质高分子薄膜的电学性质通常与高分子分子链的排布和极性相关。
这些特性是高分子材料在电化学和电子器件中的应用中非常重要的性质。
例如，在高分子锂离子电池和有机场效应晶体管中，高分子薄膜的电学性质通常是决定器件性能的重要因素之一。
一、填空题薄膜的形成过程一般分为：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程薄膜形成与生长的三种模式：层状生长，岛状生长，层状-岛状生长在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V只与气体的压强P和电极距离的乘积有关。
1.表征溅射特性的参量主要有溅射率、溅射阈、溅射粒子的速度和能量等。
2. 溶胶(Sol)是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在 1～100nm之间。
3．薄膜的组织结构是指它的结晶形态，其结构分为四种类型：无定形结构，多晶结构，纤维结构，单晶结构。
4．气体分子的速度具有很大的分布空间。
温度越高、气体分子的相对原子质量越小，分子的平均运动速度越快。
二、解释下列概念溅射：溅射是指荷能粒子轰击固体表面(靶)，使固体原子(或分子)从表面射出的现象气体分子的平均自由程:每个分子在连续两次碰撞之间的路程称为自由程，其统计平均值：称为平均自由程，饱和蒸气压：在一定温度下，真空室内蒸发物质与固体或液体平衡过程中所表现出的压力。
凝结系数：当蒸发的气相原子入射到基体表面上，除了被弹性反射和吸附后再蒸发的原子之外，完全被基体表面所凝结的气相原子数与入射到基体表面上总气相原子数之比。
物理气相沉积法：物理气相沉积法(Physical vapor deposition)是利用某种物理过程，如物质的蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程真空蒸发镀膜法:是在真空室内，加热蒸发容器中待形成薄膜的源材料，使其原子或分子从表面汽化逸出，形成蒸气流，入射到固体(称为衬底、基片或基板)表面，凝结形成固态溅射镀膜法:利用带有电荷的离子在电场加速后具有一定动能的特点，将离子引向欲被溅射的物质作成的靶电极。
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将靶原子溅射出来，这些被溅射出来的原子带有一定的动能，并且会沿着一定的方向射向衬底，从而实现薄膜的沉积。
1.1薄膜概述作业题：什么是薄膜1.薄膜的定义（1）：由单个的原子、离子、原子团无规则地入射到基板表面，经表面附着、迁徙、凝结、成核、核生长等过程而形成的一薄层固态物质。
定义（2）：采用特定的制备方法在基板表面上生长得到的一薄层固态物质。
·薄膜的尺度：通常：薄膜< 1μm 厚膜>10μm·微电子电路的工艺有哪些方法实现？答：光刻、镀膜、电子束。
1.2 薄膜结构和缺陷作业题：蒸发薄膜微观结构随基片温度的变化如何改变？低温时，扩散速率小，成核数目有限，形成不致带有纵向气孔的葡萄结构;随着温度升高，扩散速率增大，形成紧密堆积纤维状晶粒然后转为完全之谜的柱状晶体结构;温度再升高，晶粒尺寸随凝结温度升高二增大，结构变为等轴晶貌。
其他：·薄膜主要缺陷类型及特点？薄膜的缺陷分为:点缺陷(晶格排列出现只涉及到单个晶格格点，典型构型是空位和填隙原子，点缺陷不能用电子显微镜直接观测到，点缺陷种类确定后，它的形成能是一个定值)、位错(在薄膜中最常遇到，是晶格结构中一种“线性”不完整结构，位错大部分从薄膜表面伸向基体表面，并在位错周围产生畸变)、晶格间界(薄膜由于含有许多小晶粒，故晶粒间界面积比较大)和层错缺陷(由原子错排产生，在小岛间的边界处出现，当聚合并的小岛再长大时反映层错缺陷的衍射衬度就会消失)。
·薄膜晶粒织构（组织结构）模型：（能区分）·薄膜结构是指哪些结构？其特点是什么？（1）薄膜结构：组织结构（包含无定形结构、多晶结构、纤维结构、单晶结构）、晶体结构、表面结构。
（2）特点：组织结构：薄膜的结晶形态晶体结构：多数情况下，薄膜中晶粒的晶格结构与体材料相同，只是晶粒取向和晶粒尺寸不同，晶格常数也不同。
表面结构： a、呈柱状颗粒和空位组合结构；b、柱状体几乎垂直于基片表面生长，而且上下端尺寸基本相同；c、平行于基片表面的层与层之间有明显的界面；1.3 薄膜的形成作业题：1.薄膜生长的三个过程一、吸附、表面扩散与凝结过程二、核形成与生长过程三、连续薄膜的形成（岛形成与生长过程。
薄膜物理与技术薄膜物理与技术Physics and Technology of Thin Films课程编号：07370110学分：2学时：30（其中：讲课学时： 30 实验学时：0 上机学时：0）先修课程：⼤学物理，普通化学适⽤专业：⽆机⾮⾦属材料⼯程（光电材料与器件）教材：《薄膜物理与技术》，杨邦朝，王⽂⽣主编，电⼦科技⼤学出版社，1994年1⽉第1版开课学院：材料科学与⼯程学院⼀．课程的性质与任务薄膜科学是现代材料科学中及其重要且发展⾮常迅速的⼀个分⽀，已成为微电⼦学、固体发光、光电⼦学等新兴交叉学科的材料基础，同时薄膜科学研究成果转化为⽣产⼒的速度愈来愈快，国内外对从事薄膜研发和⽣产的⼈才需求也⽇益强劲。
本门课程就是为适应学科发展，学⽣适应市场需求⽽设置的专业课程。
课程的基本任务是：1、基本掌握各种成膜技术的基本原理和⽅法；2、了解并初步掌握薄膜的形成、结构与缺陷，薄膜的电学、⼒学、半导体、磁学等物理性质。
⼆．课程的基本内容及要求第⼀章真空技术基础1、教学内容（1）真空的基本知识（2）稀薄⽓体的基本性质（3）真空的获得及测量2、教学要求理解真空的基本知识和稀薄⽓体的基本性质，掌握真空的获得、主要⼿段和真空度策略⽅法，了解实⽤真空系统。
第⼆章真空蒸发镀膜1、教学内容（1）真空蒸发原理（2）蒸发源的蒸发特性及膜厚分布（3）蒸发源的类型（4）合⾦及化合物的蒸发（5）膜厚和沉积速率的测量与监控2、教学要求掌握真空蒸发原理，掌握真空镀膜的特点和蒸发过程，理解饱和蒸汽压和蒸发源的发射特性，熟练掌握蒸发速率、薄膜厚度的测量和控制，了解蒸发镀膜的常⽤⽅法（电阻加热和电⼦束加热），了解合⾦膜及化合物摸的蒸镀。
第三章溅射镀膜1、教学内容（1）溅射镀膜的特点和基本原理（2）溅射镀膜的类型2、教学要求掌握溅射镀膜的基本原理和特点，理解表征溅射特性的参量及其影响因素，了解溅射机理及溅射镀膜的各种类型第四章离⼦镀膜1、教学内容（1）离⼦镀的原理和特点（2）离⼦轰击的作⽤（3）离⼦镀的类型2、教学要求掌握离⼦镀的基本原理和特点，理解离⼦轰击的作⽤，了解离⼦镀的类型。
第一章最可几速率：根据麦克斯韦速率分布规律，可以从理论上推得分子速率在m v 处有极大值，m v 称为最可几速率M RT M RT m kT 41.122==,Vm 速度分布 平均速度:M RT m RT m kT 59.188==ππ，分子运动平均距离 均方根速度:M RT M RT m kT 73.133==平均动能真空的划分：粗真空、低真空、高真空、超高真空。
真空计：利用低压强气体的热传导和压强有关； (热偶真空计)利用气体分子电离；（电离真空计）真空泵：机械泵、扩散泵、分子泵、罗茨泵机械泵：利用机械力压缩和排除气体扩散泵：利用被抽气体向蒸气流扩散的想象来实现排气作用分子泵：前级泵利用动量传输把排气口的气体分子带走获得真空。
平均自由程：每个分子在连续两次碰撞之间的路程称为自由程；其统计平均值成为平均自由程。
常用压强单位的换算 1Torr=133.322 Pa 1 Pa=7.5×10-3 Torr1 mba=100Pa 1atm=1.013*100000Pa真空区域的划分、真空计、各种真空泵粗真空 1×105 to 1×102 Pa 低真空 1×102 to 1×10-1 Pa 高真空 1×10-1 to 1×10-6 Pa 超高真空 <1×10-6 Pa旋转式机械真空泵油扩散泵复合分子泵属于气体传输泵，即通过气体吸入并排出真空泵从而达到排气的目的分子筛吸附泵钛升华泵溅射离子泵低温泵属于气体捕获泵，即通过各种吸气材料特有的吸气作用将被抽气体吸除，以达到所需真空。
不需要油作为介质，又称为无油泵绝对真空计：U 型压力计、压缩式真空计相对真空计：放电真空计、热传导真空计、电离真空计机械泵、扩散泵、分子泵的工作原理，真空计的工作原理第二章1.什么是饱和蒸气压？蒸发温度？饱和蒸气压：在一定温度下，真空室内蒸发物质的蒸气与固体或液体平衡过程中所表现出的压力蒸发温度：物质在饱和蒸气压为10-2托时的温度。
