《薄膜生长技术》课程教学大纲

1、薄膜生长技术Thin Film Grown Technology一、课程基本情况课程类别：专业任选课课程学分： 2 学分课程总学时： 32学时，其中讲课： 32学时，实验： 0学时，上机： 0学时，实习： 0学时，课外： 0学时课程性质：选修开课学期：第8学期先修课程：大学物理适用专业：光电信息科学与工程、应用物理学、物理学等教材：卢进军，刘卫国等，光学薄膜技术（第二版），电子工业出版社，2011年出版。开课单位：物理与光电工程学院光电工程系二、课程性质、教学目标和任务薄膜生长技术是一门适用于光电信息科学与工程、应用物理学等专业的选修课。课程的教学目标是：在大学物理、光学等课程的基础上，学习和

2、理解薄膜的基本概念、物理基础、膜系的设计方法、薄膜的制备技术和表征测试技术，理解和掌握实验发现、理论洞见、实际应用三者间的辩证关系，深刻认识薄膜生长技术在当代科学技术中的重要性，努力培养学生的科学素质和科学精神，通过对薄膜生长技术的基本概念和基本规律的学习或研究，理解或领悟科学研究方法，学会应用先进制造技术和分析测试技术分析和处理薄膜材料问题，培养创新意识和创新精神，为学生的进一步学习和就业打好良好基础。课程的任务是：理解薄膜生长技术的基本概念、基本规律和基本技术，介绍薄膜在制备技术、分析测试技术及前沿领域研究与应用的现状，重视基础和技能训练，真正使学生思维方式、思维习惯有所改变，创新意识或创

3、新能力有所提高。三、教学内容和要求第1章薄膜光学特性计算基础（4学时）教学内容：单一界面的反射率和透射率，菲涅耳公式，单层和多层介质膜的反射率和透射率，等效光学导纳，膜层特征矩阵，金属薄膜的光学特性，等效界面的思想。1.1单一界面的反射率和透射率（2学时）（1）了解光学导纳的基本概念（2）理解菲涅尔公式的推导过程（3）掌握单一界面的反射率和透射率、等效界面重点：单一界面的反射率和透射率的计算难点：菲涅尔公式、等效界面1.2单层介质膜的反射率（1学时）（1）了解电磁场的边界条件（2）理解单层介质膜的光学特性（3）掌握单层介质膜与基底组合的等效光学导纳重点：单层介质膜与基底组合的等效光学导纳，膜层

4、特征矩阵难点：单层介质膜的光学特性1.3多层介质膜的反射率和透射率（0.5学时）（1）了解等效界面的思想（2）理解多层介质膜系的反射率和透射率（3）掌握多层介质膜系的光学特性重点：多层介质膜系的光学特性难点：多层介质膜系的反射率和透射率的推导过程1.4金属薄膜的光学特性（0.5学时）（1）了解金属薄膜的应用（2）理解金属薄膜的光学特性（3）掌握势透射率重点：金属薄膜的光学特性难点：势透射率第2章介质膜系及其应用（8学时）教学内容：减反射膜，高反射膜，周期性多层膜堆，中性分束膜，截至滤光片，带通滤光片，法布里-珀罗滤光片特性。2.1减反射膜（2学时）（1）了解减反射膜的设计（2）理解两类双层减反

5、射膜堆（3）掌握单层减反射膜重点：单层减反射膜难点：双层减反射膜堆2.2高反射膜（1学时）（1）了解高反射膜的分类及其特性（2）理解金属反射膜、高反射带的展宽（3）掌握周期性多层膜堆重点：周期性多层膜堆反射带宽难点：高反射带的展宽2.3中性分束膜（1学时）（1）了解中性分束膜的分类及其特性（2）理解金属分束镜（3）掌握介质分束镜重点：介质分束镜难点：偏振中性分束镜2.4截止滤光片（2学时）（1）了解截止滤光片的分类、特性及其应用（2）理解多层膜堆、对称膜系的通带透射率（3）掌握截止波长和截止带中心的透射率重点：截止滤光片的分类、特性及其应用难点：截止波长和截止带中心的透射率2.5带通滤光片（2

6、学时）（1）了解带通滤光片的分类和特性参数（2）理解宽带通滤光片（3）掌握法布里-珀罗滤光片特性及其应用重点：带通滤光片的分类和特性参数难点：法布里-珀罗滤光片特性第3章光学薄膜制造技术（6学时）教学内容：真空基础，真空的获得与检测，物理气相沉积，热蒸发，电子束蒸发，磁控溅射，离子辅助沉积的作用，化学气相沉积，等离子增强化学气相沉积。3.1真空镀膜与物理气相沉积（1学时）（1）了解真空镀膜设备的组成（2）理解真空与物理气相沉积（3）掌握真空的划分，气体分子平均自由程，气体分子碰撞率重点：气体分子平均自由程，气体分子碰撞率难点：真空与物理气相沉积3.2真空的获得与检测（2学时）（1）了解真空泵的

7、分类（2）理解常见真空泵的工作原理及其优缺点（3）掌握真空的检测的原理与方法重点：常见真空泵的工作原理难点：常见真空计的工作原理3.3热蒸发（0.5学时）（1）了解电阻加热蒸发（2）理解电子束加热蒸发的优缺点（3）掌握电子束加热蒸发的原理，e型电子枪重点：电子束加热蒸发特点难点：电子束加热蒸发的原理，e型电子枪3.4溅射（0.5）（1）了解辉光放电、溅射方式（2）理解离子、靶材与溅射率（3）掌握磁控溅射、离子束溅射重点：磁控溅射难点：离子、靶材与溅射率关系3.5离子镀与离子辅助沉积（1学时）（1）了解离子镀的分类及其特点（2）理解活化反应离子镀、空心阴极离子镀、弧源离子镀（3）掌握离子辅助沉积

8、、离子源重点：离子辅助沉积的作用难点：活化反应离子镀、空心阴极离子镀、弧源离子镀3.6等离子增强化学气相沉积（1学时）（1）了解化学气相沉积和等离子增强化学气象沉积（2）理解等离子增强化学气相沉积的过程动力学（3）掌握等离子增强化学气相沉积的装置重点：等离子增强化学气相沉积的装置难点：等离子增强化学气相沉积的过程动力学第4章光学薄膜制造工艺（4学时）教学内容：薄膜期间的光学、机械性能和环境稳定性，影响膜层质量的十个工艺要素，获得致密膜层的方法，获得精确厚度的方法，目视法，光电极值法，石英晶振法。4.1薄膜器件的质量要求（1学时）（1）了解薄膜器件的机械性能和环境稳定性（2）理解膜层填充密度（3

9、）掌握薄膜器件光学性能重点：薄膜器件的光学性能难点：薄膜器件的填充密度4.2影响膜层质量的工艺要素（1学时）（1）了解提高膜层机械强度和控制膜层折射率的主要工艺途径（2）理解获得致密膜层的方法（3）掌握影响薄膜器件质量的工艺要素及作用机理重点：影响薄膜器件质量的工艺要素及作用机理难点：影响薄膜器件质量的工艺要素及作用机理4.3获得精确厚度的方法（2学时）（1）了解目视法、宽光谱膜厚监控（2）理解极值法（3）掌握石英晶振法重点：光电极值法、石英晶振法难点：光电极值法、石英晶振法第5章薄膜材料及其性质（4学时）教学内容：常用光学薄膜材料，金属薄膜、介质薄膜和特殊材料；薄膜结构的材料学基础，薄膜的光

10、学性质和力学性质，薄膜的微结构与光学和力学性质的关系。5.1薄膜的微观结构与性质（2学时）（1）了解薄膜结构的材料学基础（2）理解薄膜的力学性质（3）掌握薄膜材料的光学性质重点：薄膜的光学性质、力学性质难点：薄膜的微结构与力学、光学性质的关系5.2常用的光学薄膜材料（2学时）（1）了解常用的光学薄膜材料（2）理解金属薄膜和半导体薄膜的特性（3）掌握介质薄膜和任意折射率薄膜的特点重点：介质薄膜和半导体薄膜的特性难点：任意折射率薄膜的获得第6章光学薄膜特性测试与分析（4学时）教学内容：光学薄膜的检测标准，薄膜的结构与性质之间的关系，透射率的测试分析、吸收率的测试分析、反射率的测试分析、折射率的测试

11、分析、薄膜厚度的测试分析，表面形貌的测试分析、表面粗糙度的测试分析、晶体结构（晶相与晶向）的测试分析、薄膜化学成分的测试分析。6.1薄膜透射率和反射率的测量（1学时）（1）了解光学薄膜特性的检测标准（2）理解光谱仪的基本原理（3）掌握薄膜透射率和反射率的测量重点：薄膜透射率和反射率的测量难点：光谱仪的基本原理6.2薄膜光学常数和厚度的测量（1学时）（1）了解光度法确定薄膜的光学常数（2）理解椭圆偏振法确定薄膜的光学常数（3）掌握薄膜厚度的测量方法重点：椭圆偏振法难点：光度法6.3薄膜吸收和散射的测量（0.5学时）（1）了解薄膜散射损耗的测量（2）理解薄膜吸收损耗的测量重点：薄膜吸收损耗的测量难

12、点：薄膜散射损耗的测量6.4薄膜的非光学特性的检测（1.5）（1）了解薄膜附着力、应力的测量（2）理解薄膜的化学成分的检测（3）掌握薄膜结构的检测重点：薄膜的结构检测难点：薄膜的附着力、应力检测第7章功能薄膜及其应用（2学时）教学内容：透明导电薄膜的分类、基本特性、制备方法和特性测试方法，太阳能光热转换薄膜，太阳能光电转换薄膜，太阳能电池。7.1透明导电薄膜（1学时）（1）了解透明导电薄膜的分类和制备方法（2）理解透明导电薄膜的测试方法（3）掌握透明导电薄膜的基本特性重点：透明导电薄膜的基本特性难点：透明导电薄膜的电学特性测试方法7.2太阳能薄膜（1学时）（1）了解太阳能光热转换薄膜的基本原理（2）理解太阳能光电转换薄膜的作用机理（3）掌握薄膜太阳能电池的组成、制备及检测技术重点：太阳能电池的组成、制备及检测技