材料物理专业磁控溅射镀膜实验教学论文

材料物理专业磁控溅射镀膜实验教学的探讨

淮北师范大学材料物理与化学学科是安徽省重点学科，材料物理专业的定位是培养复合型的人才，这就要求本专业的教育应该注重实践能力和创新能力，应该与社会的需求挂钩。磁控溅射镀膜实验开设具有重要的意义，能够将学生所学的理论专业知识同实际操作有机结合起来，使学生对所学的专业知识有个系统全面的掌握，从而能够适应社会的需求。

1. 磁控溅射镀膜实验开设的必要性

1.1 培养目标的要求。本专业要求学生能掌握材料物理基本理论与技术，具备材料科学相关的基本知识、基本理论和基本技能，具有一定的创新能力和较强的实践技能，能在材料科学与工程及其相关的领域从事研究、教学、科技开发及相关管理工作。

磁控溅射镀膜装置是较复杂的系统，包含了很多组件，例如真空计、机械泵、溅射靶等。材料物理专业的学生已经通过开设的不同理论课程的学习，具有非常扎实的专业理论知识，但是学生很难将所学的知识同实际操作有机结合起来。[3]通过镀膜实验的学习，学生能将课程所学的零散的知识进行全面和系统的掌握。

1.2 社会的需求。磁控溅射镀膜方式在多个工业领域中被广泛的应用[1，2]。例如现在应用比较广泛的ito(indiumtinoxide)导电膜玻璃就是利用磁控溅射的方法镀上一层氧化铟锡（俗称ito）膜加工制作成的。很多材料专业的学生在磁控溅射镀膜实验知识方面存在着欠缺，仅停留在单纯的理论知识掌握的层面。学生接触设备

后，只会简单的设定程序的操作，一旦磁控溅射设备出现问题就会束手无策。另外，镀膜的好坏直接影响后续产品的质量，如果要制备出高质量、符合标准的薄膜就必须从磁控溅射技术着手、进行工艺等方面的优化。这都说明毕业生想要在相关领域占有重要的一席之地，需要进行磁控溅射镀膜实验课程的学习。

2．磁控溅射设备的结构和工作流程

2.1 磁控溅射原理及结构。磁控溅射又称为高速、低温的溅射技术，其本质是在阴极溅射的基础上按磁控模式运行的一种新型的高速、低温溅射。其装置性能稳定，便于操作，工艺容易控制，生产重复性好，适合于大面积沉积膜，又便于连续和半连续生产，因此获得了迅速的发展和广泛的应用。

磁控溅射系统主要结构如图1，具体含有主要的部件如下：

1）生长室及内部组件：真空室（内部有三个溅射靶材），基片加热装置、基片回转和加偏压部件、热偶规、电离规等。

2）工作气路系统：质量流量控制器、进气截止阀、管路、接头等

3）真空系统：分子泵、机械泵、电磁阀、金属软管等

4）控制系统：总控制电源、加热控温电源、加热烘烤及照明电源、分子泵控制电源、射频电源、直流电源和直流偏压电源等。5）水路系统：冷却机、水管、水阀等。

图1 系统主要结构示意图

2.2 磁控溅射设备操作流程。将靶材和清洁衬底固定于相应位

置，关闭真空室；检查水源、气源和电源，打开冷却循环水；系统抽真真空；通入工作气体，气体流量由流量计控制；预溅射以祛除靶材表面污染物；溅射成膜；溅射完毕后，关闭溅射电源、衬底加热电源和气源，提起真空室取出样品；合上真空室门，将真空室内抽到一定真空后，然后关掉机械泵，关掉总电源，切断冷却水。3.实验课教学

镀膜实验教学采用小规模授课方式分组学习,每组4名学生.学生在教师的指导下开展实验项目.

1)课前准备。薄膜的制备是综合实验项目,需要的理论知识很杂，实验课前作为指导老师要研究实验内容、准备讲义，一定要亲自进行试做，将试做过程中出现的问题记录下来。利用2个学时的时间，对磁控溅射技术的原理、结构及实验注意事项进行详细的讲解。主要讲解内容：1）磁控溅射的原理及操作注意事项。2）机械泵和分子泵的工作原理、构造与使用方法；热电效应及热电偶；电阻真空计和电离真空计的使用方法、极限真空。

2)课堂的组织。对于刚进入实验室，首次接受复杂设备的学生，指导老师要根据课前2学时讲授的相关理论知识，对照实验设备进行说明和讲解。很多环节需要教师进行示范操作，在示范过程中提醒学生需要注意的地方。指导老师要全程参加学生的实验活动,关注学生操作的每一个环节，随时指导学生。当学生遇到问题时,指导老师尽可能的通过引导使其自行独立解决问题,以培养学生的独立思考能力和实践能力。

3)考核方式。磁控溅射镀膜实验主要考核学生基础知识掌握、基本操作技能和解决实际问题的能力,采用准确客观评价学生基和综合素质与创新能力的实验考核评价体系。考核成绩的构成:平时成绩占50%,操作考试成绩占50%.平时成绩包括：预习的情况、实验结果、操作过程中的熟练程度和解决问题的能力等等。操作考试的考评方式为:教师任意指定某一操作环节或故障,让学生在规定的时间内独立完成或排除,根据动手能力、思维能力和完成情况打分[5].

4.结束语

随着材料科学的快速发展,材料正在朝着复合型、功能型和精密型发展，这对材料类专业人员提出了更高的要求[6]。磁控溅射镀膜实验课的开设扩大了学生的知识面和视野，提高了学生的综合能力，使得学生更加适应社会的需求。

参考文献

[1]吴大维,曾昭元,刘传胜等,高速钢镀氮化碳超硬涂层及其应用研究[j]

[2]孙银洁,马林,齐宏进磁控溅射法制备防水透湿织物,高分子材料科学与工程[j]

[3]刘亲壮，陈得宝低温测量系统在实验教学中应用的探讨[j]

[4]刘强春,袁广宇,戴建明.材料物理专业实验课程体系的改革与实践[j]

作者简介：戴海峰（1977-），男，安徽宿州人，博士，淮北师范

大学物理与电子信息学院副教授，研究方向：天体物理。