以應(yīng)用為導(dǎo)向的薄膜材料與技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

岳 蘭， 羅勝耘， 孟繁新， 董澤剛

（1.貴州民族大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院貴州省普通高等學(xué)校光電信息分析與處理特色重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng)550025；2.中國(guó)振華集團(tuán)永光電子有限公司，貴陽(yáng)550018）

0 引 言

薄膜材料作為推動(dòng)材料科學(xué)發(fā)展的一種特殊物質(zhì)形態(tài)，其已滲透到現(xiàn)代科技和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)重要領(lǐng)域，如航空航天、醫(yī)藥、能源、交通和通信等，而薄膜技術(shù)則是薄膜材料研制不可或缺的重要手段之一［1］。薄膜材料與技術(shù)是高校材料類本科專業(yè)學(xué)生必修的一門應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)課，是學(xué)生掌握各種制膜技術(shù)、薄膜材料表征手段和薄膜材料物理基礎(chǔ)知識(shí)的主要方式［2-3］。其課程中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是保障學(xué)生有效掌握本課程的重、難點(diǎn)知識(shí)的關(guān)鍵，也是培養(yǎng)材料類本科生工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維的重要途徑［4-5］。然而，多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)往往存在如下問(wèn)題：①實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)缺乏工程實(shí)踐性，學(xué)生對(duì)于相關(guān)專業(yè)知識(shí)如何應(yīng)用知之甚少，對(duì)于跨專業(yè)交叉學(xué)科的研究前沿更是鮮少聽聞；②實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及知識(shí)點(diǎn)較為單一，往往僅針對(duì)單一成膜技術(shù)制備一種薄膜材料，缺乏多知識(shí)點(diǎn)的交叉運(yùn)用和各知識(shí)點(diǎn)間的銜接；③缺乏研究性和創(chuàng)造性的實(shí)踐環(huán)節(jié)，在以互聯(lián)網(wǎng)為依托的大數(shù)據(jù)時(shí)代，這難以激發(fā)學(xué)生的求知欲，導(dǎo)致不少僅關(guān)注學(xué)分的“混校生”充斥實(shí)踐課堂。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出實(shí)踐性教學(xué)在高校工科專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型專業(yè)性人才的重要作用［6］。因此，迫切需要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)模式，整合教學(xué)資源，設(shè)計(jì)一些能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力以及分析和解決具體實(shí)際問(wèn)題能力的綜合性教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

考慮到科研項(xiàng)目本身具有前沿性、創(chuàng)新性和工程實(shí)踐性［7-10］，因此，引入科研項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容、方法和成果［11-13］，選取當(dāng)前顯示領(lǐng)域研究熱點(diǎn)——氧化物薄膜晶體管（TFT）器件作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用全面貫穿“應(yīng)用導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)學(xué)生好奇心”的實(shí)踐教學(xué)模式，通過(guò)精心安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了一個(gè)包括典型薄膜材料（如：導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體薄膜）、多種傳統(tǒng)制膜技術(shù)（如：真空蒸鍍、磁控濺射和溶液法）以及多種薄膜材料表征手段（如：X-射線衍射儀、紫外／可見光光度計(jì)、四探針測(cè)試儀和拉曼光譜儀等）等多知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合的綜合性實(shí)驗(yàn)。通過(guò)該綜合性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施不僅提高了學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及科研素養(yǎng)，還充實(shí)了現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，解決了科研項(xiàng)目服務(wù)教學(xué)的普遍難題［14］，實(shí)現(xiàn)教學(xué)和科研的相互促進(jìn)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)選取當(dāng)前研究熱點(diǎn)——氧化物薄膜晶體管（TFT）為研究對(duì)象開展實(shí)驗(yàn)。由于氧化物TFT是由溝道層、介質(zhì)層、柵極、源極和漏極幾個(gè)主要的薄膜材料組成（見圖1中氧化物TFT典型結(jié)構(gòu)示意圖［15］），實(shí)驗(yàn)涉及導(dǎo)體薄膜（源極、漏極和柵極）、半導(dǎo)體薄膜（溝道層）和絕緣體薄膜（介質(zhì)層）三類典型代表的薄膜材料的制備技術(shù)及其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)表征，覆蓋了薄膜材料與技術(shù)課程重要知識(shí)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要涉及兩大部分（見圖2）：① 氧化物TFT器件的組成部分——金屬薄膜（源極、漏極和柵極）、氧化物薄膜（溝道層）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜（介質(zhì)層）的制備；② 制備頂柵結(jié)構(gòu)［圖1（a）］的氧化物TFT器件（實(shí)驗(yàn)步驟見圖3），并探究某一具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)（該參數(shù)由學(xué)生在教師給定的范圍內(nèi)自由選擇）對(duì)器件性能的影響。通過(guò)完成第一部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生掌握本課程中涉及的3種傳統(tǒng)制膜技術(shù)（如：真空蒸鍍、磁控濺射和溶液法）的原理、特點(diǎn)及操作。通過(guò)完成第2部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可實(shí)現(xiàn)如下教學(xué)目標(biāo)：① 通過(guò)氧化物TFT的制備，使學(xué)生切身感受到本課程所學(xué)的傳統(tǒng)薄膜材料及其制膜技術(shù)可實(shí)現(xiàn)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的原型器件，讓學(xué)生深刻感受到所學(xué)知識(shí)是被社會(huì)所需要的，激發(fā)學(xué)生的責(zé)任感和學(xué)習(xí)主動(dòng)性；②通過(guò)設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)——要求學(xué)生選取某一具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)氧化物TFT性能的影響開展研究，激發(fā)學(xué)生自主查閱資料、擬定研究方案，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器設(shè)備對(duì)薄膜、器件進(jìn)行測(cè)試分析。該過(guò)程不僅有助于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、使用相關(guān)表征設(shè)備，還有利于培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)處理、綜合分析以及創(chuàng)新的能力。

圖1 TFT典型結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)及實(shí)施流程

圖3 氧化物TFT的制備步驟示意圖

考慮到氧化物TFT是由溝道層、介質(zhì)層、柵極、源極和漏極幾個(gè)主要的薄膜材料組成，因此，可供學(xué)生自由選擇的實(shí)驗(yàn)參數(shù)可從以下3個(gè)方面分析和提取。

（1）在柵極、源極和漏極方面。作為氧化物TFT的源極、漏極和柵極既要具備盡可能低的電阻率，又要確保源／漏電極與氧化物溝道層間形成良好的歐姆接觸［16］。研究表明同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述兩點(diǎn)要求，不僅與材料選取有關(guān)，還會(huì)受薄膜的平整性、致密性等影響［17］。因此，在研究基于真空蒸鍍制備柵極、源極和漏極對(duì)氧化物TFT性能影響的實(shí)驗(yàn)中，可供學(xué)生自由選取的實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括：薄膜厚度、蒸發(fā)電流、蒸發(fā)電壓、工作壓強(qiáng)、金屬材料（如：鋁、銅、銀、鋅和錫）等。

（2）在氧化物溝道層方面。溝道層作為TFT至關(guān)重要的組成部分，其材料的選擇及其成膜質(zhì)量會(huì)直接影響TFT性能的優(yōu)劣。實(shí)驗(yàn)中采用磁控濺射技術(shù)制備溝道層（氧化物薄膜），可供學(xué)生自由選取的實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括：氧化物組分（實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有靶材：氧化鋅靶、氧化錫靶、鋅錫氧化物靶、銦鋅氧化物靶、銦鎵鋅氧化物靶以及可供摻雜用的鑭靶、鎢靶、鉬靶、鋁靶和硅靶）、濺射工藝條件（如：濺射功率、襯底溫度、氧分量、濺射時(shí)間和工作壓強(qiáng)等）以及退火工藝條件（如：退火氣氛、溫度和時(shí)間等）。

（3）在PMMA介質(zhì)層方面。作為TFT的另一個(gè)核心組成部分—介質(zhì)層，其成膜質(zhì)量同樣對(duì)TFT性能影響顯著。本實(shí)驗(yàn)借鑒了科學(xué)研究成果［11-12］，設(shè)計(jì)利用溶液法制備絕緣層（PMMA薄膜），可供學(xué)生自由選取的實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括：前驅(qū)體溶液濃度、浸漬提拉法成膜工藝條件（如提拉速率、提拉次數(shù)）和退火溫度等。

1.2 實(shí)驗(yàn)實(shí)施流程

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施流程見圖2，根據(jù)教師給出的實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)生以小組（4人1組）為單位，確定實(shí)驗(yàn)題目和內(nèi)容，通過(guò)查閱文獻(xiàn)、小組討論、結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，教師審核各小組PPT匯報(bào)的實(shí)驗(yàn)方案形成最終可行性方案；隨后，教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)相關(guān)的材料，采取課上指導(dǎo)并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室開放的形式使學(xué)生熟練掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成樣品制備、測(cè)試及分析；實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生通過(guò)科研小論文形式完成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、理解和思考，從而鍛煉學(xué)生的科技寫作能力；最后，各實(shí)驗(yàn)小組通過(guò)PPT匯報(bào)的形式向全班同學(xué)和教師展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使學(xué)生掌握科學(xué)表達(dá)問(wèn)題的方式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)交流能力。

1.3 考核評(píng)價(jià)方式

考慮到本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施過(guò)程有別于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，因此全面考核，綜合評(píng)價(jià)是本實(shí)踐教學(xué)考核設(shè)計(jì)的總體要求。具體考核主要由學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果、科研小論文和過(guò)程評(píng)價(jià)等組成，其中學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果（按實(shí)驗(yàn)小組開展）占比40%；科研小論文（即實(shí)驗(yàn)報(bào)告）占比30%和過(guò)程評(píng)價(jià)（包括教師評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)小組成員間互評(píng)）占比30%。值得注意的是，學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果部分是由教師按各實(shí)驗(yàn)小組在課堂上呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)綜合素質(zhì)整體情況來(lái)打分；以科研小論文形式呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告由每一位學(xué)生自己獨(dú)立完成，教師可從學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做出的分析、數(shù)據(jù)處理的規(guī)范性、圖表設(shè)計(jì)的合理性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論的科學(xué)性、邏輯表達(dá)能力以及是否能呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程反思和后繼研究工作的獨(dú)特想法等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2 主要實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)中涉及的主要薄膜制備儀器和氧化物TFT性能測(cè)試設(shè)備有：磁力攪拌器（用于制備PMMA溶膠），浸漬提拉儀（上海三研科技有限公司SYDC-100H，用于制備PMMA濕膜），電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（用于固化PMMA薄膜），高真空多靶射頻濺射系統(tǒng)（北京泰科諾科技有限公司JCP-350M2，用于制備氧化物薄膜），多功能真空實(shí)驗(yàn)儀（北京泰科諾科技有限公司DH2010F，用于制備金屬薄膜）以及半導(dǎo)體性能測(cè)試儀（Keithley 4200-SCS，用于氧化物TFT電學(xué)性能測(cè)試）。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，以上設(shè)備為共用設(shè)備。此外，考慮到對(duì)本實(shí)驗(yàn)中涉及的3類典型薄膜材料結(jié)構(gòu)和性能分析，有助于學(xué)生對(duì)薄膜物理基礎(chǔ)知識(shí)的理解和應(yīng)用。因此，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)中第2部分——探究性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生根據(jù)自身興趣點(diǎn)，通過(guò)查閱資料，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備條件，自行設(shè)計(jì)構(gòu)成器件各層薄膜的測(cè)試方案。這里教師根據(jù)實(shí)際情況提供給學(xué)生開展薄膜表征測(cè)試的設(shè)備有：X-射線衍射儀（帕納科銳影）、原子力顯微鏡（日本精工SPA400）、紫外／可見光光度計(jì)（美國(guó)賽默飛世爾Evolution 201）、四探針測(cè)試儀（廣州四探針電子科技有限公司RTS-8）以及激光顯微拉曼光譜儀拉曼（美國(guó)賽默飛世爾DXR）。事實(shí)上，這些儀器是材料類專業(yè)實(shí)驗(yàn)室常見的設(shè)備。

3 教學(xué)案例

3.1 實(shí)驗(yàn)題目及內(nèi)容

學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)要求，確定實(shí)驗(yàn)題目“氧化物溝道層厚度對(duì)薄膜晶體管源漏電流的影響”，通過(guò)查閱文獻(xiàn)、小組討論、自行設(shè)計(jì)構(gòu)成器件各層薄膜的材料選取及其制膜條件，并按照?qǐng)D3所示步驟制備出3種具備不同氧化物溝道層厚度的氧化物TFT器件，探索和分析氧化物溝道層厚度對(duì)器件源漏電流的影響規(guī)律。

此外，學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)了解到：① 氧化物溝道層為非晶結(jié)構(gòu)有益于器件獲得較好的電學(xué)均勻性；②如果氧化物溝道層和介質(zhì)層具備較高的透明性，則有潛力應(yīng)用于透明顯示這一新型顯示領(lǐng)域。因此，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有允許的條件，學(xué)生自行設(shè)計(jì)出采用X-射線衍射儀來(lái)測(cè)試薄膜的結(jié)構(gòu)，紫外／可見分光光度計(jì)來(lái)測(cè)試薄膜樣品的透過(guò)率。

3.2 實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案

3.2.1 樣品的制備

本實(shí)驗(yàn)中學(xué)生選擇電阻式真空蒸發(fā)法制備鋁薄膜作為源極、漏極和柵極；射頻磁控濺射法制備鋅錫氧化物（ZTO）薄膜作為溝道層；溶液法制備PMMA薄膜作為絕緣層。實(shí)驗(yàn)條件如下：

（1）鋁薄膜的制備。利用實(shí)驗(yàn)室的多功能真空實(shí)驗(yàn)儀，在熱蒸發(fā)電流110 A，熱蒸發(fā)電壓40 V，真空度為6.7 mPa的條件下制備金屬鋁薄膜。

（2）ZTO薄膜的制備。利用實(shí)驗(yàn)室的高真空多靶射頻濺射系統(tǒng)，采用鋅錫氧化物陶瓷靶材（純度99.99%），在濺射功率57 W、工作氬氣氣壓0.55 Pa條件下室溫制備ZTO薄膜。為了研究ZTO溝道層厚度的影響，實(shí)驗(yàn)中濺射時(shí)間分別選擇5、8和11 min，從而制得不同厚度的ZTO薄膜。

（3）PMMA薄膜的制備［11］。將適量PMMA粉末溶于一定丙酮溶劑中，經(jīng)24 h攪拌、3 d老化從而得到濃度為50 mg／mL的PMMA溶膠；隨后，利用浸漬提拉儀，以1.5 mm／s提拉速率制得PMMA濕膜，最后在100℃條件下烘烤30 min固化后制得PMMA薄膜。

（4）TFT的制備。如圖3所示，利用射頻磁控濺射法在潔凈的玻璃基底上制備ZTO薄膜作為器件溝道層；結(jié)合掩模板，采用真空蒸鍍法，在ZTO溝道層上制備金屬鋁薄膜作為源／漏電極；隨后，采用溶液法基于浸漬提拉工藝制備PMMA薄膜作為介質(zhì)層；最后，利用掩模板在PMMA介質(zhì)層上制備鋁薄膜作為柵電極。為了探究ZTO厚度對(duì)器件源漏電流的影響規(guī)律，選取5、8和11 min不同濺射時(shí)間下制備的ZTO溝道層分別制備TFT器件。

3.2.2 樣品的測(cè)試

采用X-射線衍射儀測(cè)試薄膜樣品的晶體結(jié)構(gòu)，使用紫外／可見光光度計(jì)測(cè)量薄膜樣品的透射譜，利用半導(dǎo)體性能測(cè)試儀測(cè)試氧化物TFT的轉(zhuǎn)移特性曲線。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

如圖4、5所示，分別給出了制備的ZTO薄膜和鋁薄膜的XRD圖譜。從圖中可以看出，ZTO薄膜的XRD譜圖中僅呈現(xiàn)出一個(gè)饅頭狀的漫射峰，表明制備的ZTO薄膜為非晶態(tài)；而制備的鋁薄膜的XRD譜圖中呈現(xiàn)出面心立方結(jié)構(gòu)鋁的（111）、（200）、（220）和（311）4個(gè)特征峰，表明制備的鋁薄膜為多晶態(tài)面心立方晶體結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)薄膜樣品的XRD測(cè)試分析，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)理解非晶態(tài)和多晶態(tài)結(jié)構(gòu)XRD圖譜的區(qū)別；同時(shí)，使學(xué)生掌握了基于Jade軟件的標(biāo)準(zhǔn)圖譜來(lái)確認(rèn)鋁薄膜的晶面指數(shù)。

圖4 ZTO薄膜的XRD圖譜

圖5 鋁薄膜的XRD圖譜

為了探究ZTO溝道層對(duì)可見光的透明性，利用紫外—可見分光光度計(jì)對(duì)不同濺射時(shí)間制備的ZTO薄膜進(jìn)行了透射譜測(cè)試，如圖6所示?？梢钥闯觯S著濺射時(shí)間的延長(zhǎng)，ZTO薄膜在可見光范圍（380～780 nm）內(nèi)的透過(guò)率整體呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)解釋這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使學(xué)生理解薄膜厚度變化及其產(chǎn)生的內(nèi)在缺陷對(duì)薄膜的吸收率、消光系數(shù)、反射率等光學(xué)參數(shù)產(chǎn)生的影響。

圖6 不同濺射時(shí)間下制備ZTO薄膜的透射譜

考慮到本實(shí)驗(yàn)中PMMA介質(zhì)層是覆蓋于ZTO溝道層之上，因此，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)ZTO／PMMA雙層薄膜的透射譜進(jìn)行測(cè)試，并將其與ZTO單層薄膜進(jìn)行比較。圖7給出了具有代表性的ZTO單層薄膜（濺射時(shí)間8 min）以及由其與PMMA薄膜形成的ZTO／PMMA雙層薄膜的透射譜圖?？梢?，圖譜中呈現(xiàn)出“反?，F(xiàn)象”——ZTO／PMMA雙層薄膜的透過(guò)率反倒高于ZTO單層薄膜的透過(guò)率。超出學(xué)生預(yù)料的“反?！睂?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的求知欲。引導(dǎo)學(xué)生突破慣性思維、尊重客觀事實(shí)，挖掘PMMA薄膜覆蓋于ZTO薄膜上產(chǎn)生增透的內(nèi)在原因，使學(xué)生對(duì)于課程知識(shí)點(diǎn)——增透膜的原理、應(yīng)用有了更深入的理解。

圖7 ZTO單層薄膜和ZTO／PMMA雙層薄膜的透射譜

圖8 所示給出了不同濺射時(shí)間ZTO溝道層TFT器件的轉(zhuǎn)移特性曲線?？梢钥闯?，隨著制備ZTO溝道層濺射時(shí)間的延長(zhǎng)，器件的開態(tài)電流和關(guān)態(tài)電流均呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。通過(guò)學(xué)生查閱文獻(xiàn)，結(jié)合學(xué)生對(duì)TFT工作原理的理解，引導(dǎo)學(xué)生找出實(shí)驗(yàn)條件——ZTO濺射時(shí)間對(duì)TFT器件關(guān)態(tài)電流和開態(tài)電流的影響機(jī)理。通過(guò)對(duì)科學(xué)問(wèn)題的挖掘，學(xué)生學(xué)會(huì)了透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

圖8 不同濺射時(shí)間制備ZTO溝道層TFT的轉(zhuǎn)移特性曲線

4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特色和優(yōu)勢(shì)

（1）全面貫穿“應(yīng)用導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)學(xué)生好奇心”的實(shí)踐教學(xué)模式。考慮到“好奇心”是驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性學(xué)習(xí)的一個(gè)重要因素［18］，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)從選題、內(nèi)容設(shè)計(jì)到實(shí)施多環(huán)節(jié)貫穿“應(yīng)用導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)學(xué)生好奇心”的實(shí)踐教學(xué)模式。在實(shí)驗(yàn)選題方面，依托科研項(xiàng)目，圍繞新型顯示器用核心驅(qū)動(dòng)元件——氧化物TFT開展實(shí)驗(yàn)，緊跟科技發(fā)展前沿，相關(guān)研究的先進(jìn)性和實(shí)用性極大激發(fā)學(xué)生的好奇心和研究興趣。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，借鑒科研成果［11，13］巧設(shè)“學(xué)生料想不到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”，使學(xué)生感受到實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不唯一，甚至?xí)玫健斑`背常理”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（比如，ZTO／PMMA雙層薄膜的透過(guò)率反倒高于ZTO單層薄膜的透過(guò)率），從而激發(fā)學(xué)生深入研究的好奇心；在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)上通過(guò)引入“探究性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)”——要求學(xué)生結(jié)合自身感興趣的實(shí)際應(yīng)用自主設(shè)計(jì)薄膜表征方案，開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。最終，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)研制出與實(shí)際應(yīng)用接軌的原型器件-薄膜晶體管，讓學(xué)生獲得成就感，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)與探究的內(nèi)在動(dòng)力。

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)注重內(nèi)容的復(fù)合性、實(shí)驗(yàn)方法的多元性，實(shí)驗(yàn)手段的多樣性，人才培養(yǎng)的綜合性，充分覆蓋了綜合性實(shí)驗(yàn)的重要特征。綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不應(yīng)僅停留于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性，還應(yīng)該注重實(shí)驗(yàn)方法、手段以及人才培養(yǎng)的綜合性，應(yīng)兼具內(nèi)容與形式的統(tǒng)一［19］?；谏鲜鲋笇?dǎo)原則，本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括了多種典型薄膜材料（如：導(dǎo)體薄膜、半導(dǎo)體薄膜和絕緣體薄膜）和氧化物TFT原型器件的制備和研究，實(shí)驗(yàn)方法涉及多種制膜技術(shù)（如：真空蒸鍍、磁控濺射和溶液法）和多種薄膜表征技術(shù)（如：X-射線衍射儀、紫外／可見光光度計(jì)、四探針測(cè)試儀、拉曼光譜儀等）。此外，實(shí)施流程完整地覆蓋了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-樣品制備-測(cè)試分析-科技論文撰寫-成果交流等科學(xué)研究的多個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)不僅使學(xué)生掌握多種先進(jìn)設(shè)備的原理及操作，提升學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)技能，鞏固了所學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)，還可使學(xué)生將所學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用對(duì)接。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)測(cè)試和分析過(guò)程中也為學(xué)生營(yíng)造了自我知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)的綜合性。

（3）引入開放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和多元化考核評(píng)價(jià)方式，避免僅關(guān)注學(xué)分的“混校生”不重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程的現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)中，盡管全體學(xué)生面對(duì)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象是一致的，但由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中通過(guò)引入探究性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，各實(shí)驗(yàn)小組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全不同，即實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的“開放性”；同時(shí)，考核評(píng)價(jià)方式也突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中僅以實(shí)驗(yàn)報(bào)告和出勤為主，而更加突出對(duì)學(xué)生的全面考核和綜合評(píng)價(jià)。因此，有效改變了學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀況，避免了學(xué)生單靠刷“出勤率”和抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)獲得學(xué)分的現(xiàn)象。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)創(chuàng)新教學(xué)模式，整合教學(xué)資源，為薄膜材料與技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)了一個(gè)包括典型薄膜材料、傳統(tǒng)成膜技術(shù)、多種薄膜表征設(shè)備以及多學(xué)科知識(shí)運(yùn)用的以應(yīng)用為導(dǎo)向的綜合性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，采用全面貫穿“應(yīng)用導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)學(xué)生好奇心”的實(shí)踐教學(xué)模式，極大激發(fā)學(xué)生的好奇心和研究興趣；教師通過(guò)精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和模擬科學(xué)研究全過(guò)程，不僅對(duì)學(xué)生專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用、綜合實(shí)驗(yàn)操作、創(chuàng)新思維以及協(xié)同合作等素質(zhì)能力得到了全面鍛煉，避免了僅關(guān)注學(xué)分的“混校生”不重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程的現(xiàn)象，還充實(shí)了現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了“教學(xué)”和“科研”的相互促進(jìn)。事實(shí)上，以應(yīng)用為導(dǎo)向的綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以涉及更多的應(yīng)用領(lǐng)域，拓展到更多交叉學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的一種新的模式，值得師生共同探索、不斷充實(shí)和發(fā)展。