真空鍍膜實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理實(shí)踐

賈宏杰　程樹英　夏巖

[摘 要]本文詳細(xì)介紹了福州大學(xué)真空鍍膜實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)現(xiàn)狀和管理實(shí)踐，提出了目前實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中存在的不足。該實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，完善了電子科學(xué)與技術(shù)、微電子學(xué)與固體電子學(xué)、光電子學(xué)等專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，同時(shí)也為教師和研究生的科研工作提供了科研平臺(tái)。

[關(guān)鍵詞]真空鍍膜；后處理；材料及器件表征；規(guī)范化；安全管理

[中圖分類號(hào)] G482 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）12-0079-03

真空鍍膜技術(shù)起源于20世紀(jì)30年代，是在高真空的條件下，采用加熱或?yàn)R射的方式將金屬或非金屬材料沉積到基底上而形成薄膜的一種方法。目前，真空鍍膜技術(shù)主要有真空熱蒸發(fā)鍍膜、磁控濺射鍍膜（直流濺射和射頻濺射）、電子束蒸發(fā)鍍膜等主流技術(shù)，采用此技術(shù)制備的薄膜具有附著力好、純度高、膜層均勻、致密性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前景的技術(shù)。因此，真空鍍膜技術(shù)被廣泛的用于制備各種具有特殊功能的薄膜材料（例如太陽能光熱轉(zhuǎn)換薄膜，透明導(dǎo)電薄膜，太陽能光伏發(fā)電薄膜，光電存儲(chǔ)薄膜，光敏、氣敏傳感器，鐵電存儲(chǔ)薄膜，節(jié)能玻璃，汽車玻璃，手機(jī)顯示屏等），是材料科學(xué)和電子科學(xué)的支撐技術(shù)之一，是高校材料、電子、微電子、光電子等專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后從事薄膜材料、敏感元件及傳感器、半導(dǎo)體材料與元器件、混合微電子等工作和科研工作的基礎(chǔ)技術(shù)之一。也因此，近幾年真空鍍膜技術(shù)得到各高校的廣泛關(guān)注。為了讓學(xué)生能夠更加深入的掌握此技術(shù)，同時(shí)提高他們的創(chuàng)新能力，福州大學(xué)建立了真空鍍膜實(shí)驗(yàn)室。本文詳細(xì)介紹了福州大學(xué)真空鍍膜實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)現(xiàn)狀和管理實(shí)踐。該實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，完善了電子科學(xué)與技術(shù)、微電子學(xué)與固體電子學(xué)、光電子學(xué)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

一、真空鍍膜實(shí)驗(yàn)室建設(shè)現(xiàn)狀及課程開設(shè)

真空鍍膜實(shí)驗(yàn)室是福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院針對(duì)電子科學(xué)與技術(shù)、微電子與固體電子學(xué)、光電子學(xué)等專業(yè)本科教學(xué)的需要而建立的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，主要承擔(dān)以上專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)及畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。同時(shí)，為了更加有效的利用資源，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的功能，真空鍍膜實(shí)驗(yàn)室也為本學(xué)院相關(guān)專業(yè)的研究生提供科研平臺(tái)。

（一）實(shí)驗(yàn)室建設(shè)現(xiàn)狀

實(shí)驗(yàn)室分為四個(gè)區(qū)域：清洗間、真空鍍膜間、后處理間、測(cè)試表征間。目前實(shí)驗(yàn)室已配備了真空鍍膜實(shí)驗(yàn)相關(guān)的儀器設(shè)備。 清洗設(shè)備包括：純水機(jī)、超聲波清洗機(jī)。真空鍍膜設(shè)備包括：原子層沉積系統(tǒng)、磁控濺射鍍膜機(jī)、電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)、熱蒸發(fā)鍍膜機(jī)。后處理設(shè)備包括：馬弗爐、硫化爐、硒化爐等。材料性能表征設(shè)備包括：紫外可見近紅外分光光度計(jì)、Hall測(cè)試儀、臺(tái)階儀、拉曼測(cè)試儀、X射線衍射儀、X射線熒光光譜儀。器件特性測(cè)試儀器包括半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試儀、量子效率測(cè)試系統(tǒng)、深能級(jí)瞬態(tài)譜儀等。以上設(shè)備可以充分保障電子類專業(yè)的師生開設(shè)真空鍍膜工藝相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)及科研創(chuàng)新工作。

（二）課程開設(shè)

根據(jù)電子科學(xué)與技術(shù)、微電子學(xué)與固體電子學(xué)和光電子學(xué)專業(yè)特點(diǎn)和培養(yǎng)方案，已在實(shí)驗(yàn)室開設(shè)了真空鍍膜實(shí)驗(yàn)課程。該課程是電科類專業(yè)的專業(yè)課，面向高年級(jí)的本科生，是在學(xué)習(xí)真空鍍膜技術(shù)、半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體物理與器件等理論課程之后而開設(shè)的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課，是理論教學(xué)的深化和補(bǔ)充，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。實(shí)驗(yàn)室一次能容納30多人同時(shí)進(jìn)行真空鍍膜制備功能薄膜材料、器件及測(cè)試表征的實(shí)驗(yàn)，滿足約180人的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的需要。同時(shí)可為高年級(jí)本科生和科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，在功能薄膜材料工藝、器件制作方面開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和研究提供支撐平臺(tái)。目前開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括單項(xiàng)工藝實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。 單項(xiàng)工藝實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生掌握真空鍍膜工藝原理、工藝流程及設(shè)備使用，設(shè)置了以下六個(gè)實(shí)驗(yàn)：基片清洗、磁控濺射鍍膜（金屬膜）、電子束蒸發(fā)鍍膜（金屬膜）、熱蒸發(fā)鍍膜（金屬膜）、樣品后處理、材料及器件的表征分析。綜合設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)是單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的深化，要求學(xué)生通過查閱資料，獨(dú)立選擇一種半導(dǎo)體材料（如硫系化合物薄膜：銅鋅錫硫薄膜CZTS、硫化亞錫薄膜SnS、銅錫硫薄膜CTS、銦錫氧薄膜ITO、氧化鋅薄膜ZnO、摻鋁氧化鋅薄膜AZO等）或金屬薄膜（銅薄膜Cu、鋁薄膜Al、鋅薄膜Zn、錫薄膜Sn、銀薄膜Ag等），進(jìn)行工藝流程綜合實(shí)驗(yàn)及材料性能的測(cè)試表征（通過X射線衍射XRD和拉曼測(cè)試表征分析薄膜材料的結(jié)構(gòu)；通過掃描隧道顯微鏡SEM測(cè)試表征分析薄膜材料的形貌；通過測(cè)試材料的透過率和反射率分析薄膜材料的光學(xué)特性；通過霍爾測(cè)量表征分析薄膜材料的半導(dǎo)體特性），讓學(xué)生對(duì)真空鍍膜工藝的整個(gè)流程有更全面、更深入的了解。 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是為本科生開放一些儀器設(shè)備，進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和課題研究。這些課題可以是研究生的一些子課題，也可以是本科生自行查閱資料、與指導(dǎo)老師討論后提出的課題。課程開設(shè)的目的是提高學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力，為將來從事科研工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、實(shí)驗(yàn)室管理實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備配備為實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行提供了硬件基礎(chǔ)，而實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行機(jī)制、管理模式對(duì)于合理的資源管理、實(shí)驗(yàn)室的安全運(yùn)行、提升實(shí)驗(yàn)室的整體服務(wù)水平具有極其重要的作用，是實(shí)驗(yàn)室可持續(xù)發(fā)展，以及順利、有效、安全的開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研工作的有力保障。

（一）建設(shè)規(guī)范化實(shí)驗(yàn)室

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室由于主要是一些小型設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)室的管理中大多采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理模式，存在著諸多的問題。1.管理制度不健全，造成設(shè)備使用與管理脫節(jié)，對(duì)設(shè)備使用者和管理者缺少必要的制度約束，設(shè)備使用者由于不規(guī)范的操作造成的設(shè)備損壞沒有制度上的懲處，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室存在安全隱患。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備配備缺乏科學(xué)論證，無法兼容實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研共享，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。3.實(shí)驗(yàn)人員的培養(yǎng)機(jī)制不健全，目前很多高校在實(shí)驗(yàn)室管理理念上還比較滯后，對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理人員和技術(shù)人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)不夠重視，使得實(shí)驗(yàn)室管理人員的業(yè)務(wù)水平及專業(yè)知識(shí)跟不上實(shí)驗(yàn)設(shè)備的快速發(fā)展。真空鍍膜實(shí)驗(yàn)室不同于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室，具有環(huán)境潔凈、無污染，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備昂貴，實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)產(chǎn)生有害有毒的廢液、廢氣和廢水等特殊性，如果沿用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理模式，勢(shì)必會(huì)造成實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資源的浪費(fèi)，更有甚者會(huì)使實(shí)驗(yàn)室具有重大的安全隱患，給實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及實(shí)驗(yàn)人員的人身安全造成安全威脅。如何有效的管理實(shí)驗(yàn)室，保證實(shí)驗(yàn)室設(shè)備高效利用的同時(shí)，保障實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及實(shí)驗(yàn)人員的安全是實(shí)驗(yàn)室管理中的重中之重，因此，建立一套規(guī)范、科學(xué)的管理?xiàng)l例及規(guī)章制度是非常必要的。

首先，必須制定一些行之有效的實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度并張貼在實(shí)驗(yàn)室的墻上，這些規(guī)章制度將作為對(duì)學(xué)生、老師及實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的基本要求，約束相關(guān)人員的行為，保障實(shí)驗(yàn)室有序、安全的開展實(shí)驗(yàn)工作。目前已建立的規(guī)章制度有《實(shí)驗(yàn)室安全守則》《實(shí)驗(yàn)室消法安全管理制度》《實(shí)驗(yàn)室安全衛(wèi)生工作管理?xiàng)l例》《實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)廢棄物處理管理規(guī)定》《危險(xiǎn)物品安全管理規(guī)定》。

其次，為了保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研的有序進(jìn)行，應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的日常工作進(jìn)行規(guī)范的記錄并歸檔，以便后期查閱，主要包括三個(gè)方面：1.耗材的購(gòu)買及實(shí)用情況；2.設(shè)備的使用采取規(guī)范的預(yù)約制度，必須在設(shè)備使用至少一周前進(jìn)行預(yù)約登記，同時(shí)在儀器使用過程中必須做好實(shí)驗(yàn)記錄；3.設(shè)備管理人員必須做好設(shè)備使用的培訓(xùn)記錄和設(shè)備維修記錄。以上材料定期歸檔，以便后期查閱。

再次，真空鍍膜實(shí)驗(yàn)室會(huì)用到一些有毒有害的化學(xué)品及高壓氣瓶等，為了實(shí)驗(yàn)室的安全，化學(xué)品的購(gòu)置、存放及使用必須要有嚴(yán)格的管理規(guī)范。在危險(xiǎn)化學(xué)品的購(gòu)置及使用方面，制作了《易制爆化學(xué)品采購(gòu)申請(qǐng)表》《購(gòu)買易制爆危險(xiǎn)化學(xué)品流向信息備案表》《實(shí)驗(yàn)室管制類化學(xué)品出入庫(kù)臺(tái)賬》等規(guī)范文檔。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室化學(xué)藥品的存放過程中，遵從必須要有清晰的標(biāo)識(shí)、必須分類存放、必須雙人管理的原則。在高壓氣瓶的管理上，要遵從以下原則：不同性質(zhì)的氣瓶分類擺放；鋼瓶必須固定；特殊氣體的鋼瓶必須配置具有自動(dòng)報(bào)警、通風(fēng)功能的氣瓶柜。

最后，實(shí)驗(yàn)室的廢物、廢氣、廢液處理，要遵從標(biāo)識(shí)清晰、分類存放、及時(shí)送學(xué)校設(shè)備處統(tǒng)一處理的原則，并且制訂《危險(xiǎn)廢物管理臺(tái)賬》，以備后查。

（二）建設(shè)安全實(shí)驗(yàn)室

真空鍍膜實(shí)驗(yàn)室有貴重的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，這些儀器都是大功率電器，一旦發(fā)生安全事故，輕則造成儀器設(shè)備損壞，致使教學(xué)、科研實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行，重則將會(huì)造成人員傷亡，使師生員工的家庭及社會(huì)、國(guó)家蒙受重大的損失。因此，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室安全管理，才能保障教學(xué)、科研的正常運(yùn)行，確保實(shí)驗(yàn)室人員和財(cái)產(chǎn)的安全。

針對(duì)上述情況，主要從三個(gè)方面入手：

第一，從實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)考慮，配備實(shí)驗(yàn)室安保系統(tǒng)，隨時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室安全狀況；配備煙感系統(tǒng)、消防設(shè)施、應(yīng)急處理設(shè)施（如實(shí)驗(yàn)室噴淋裝置、實(shí)驗(yàn)室洗眼器）等硬件設(shè)施，以備緊急使用。

第二，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全管理。設(shè)立實(shí)驗(yàn)室安全責(zé)任人和安全管理人，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室的安全管理工作；檢測(cè)監(jiān)督實(shí)驗(yàn)室技術(shù)規(guī)范和操作規(guī)程的執(zhí)行情況，定期組織開會(huì)；制訂安全事故應(yīng)急處置預(yù)案并打印出來掛貼在墻上，實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)部位設(shè)置明顯的危險(xiǎn)標(biāo)識(shí)或安全警示標(biāo)志；定期對(duì)安全設(shè)施設(shè)備進(jìn)行檢查、維護(hù)和更新，確保完好有效，填寫安全工作日志或記錄；定期對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行安全檢查，填寫《實(shí)驗(yàn)室安全檢查自查表》，發(fā)現(xiàn)問題上報(bào)學(xué)院并及時(shí)整改，實(shí)驗(yàn)室每臺(tái)設(shè)備配備專門的老師進(jìn)行管理、維護(hù)及給使用設(shè)備的師生進(jìn)行培訓(xùn)。

第三，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)人員的培訓(xùn)。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室工作的師生必須經(jīng)由實(shí)驗(yàn)室安全負(fù)責(zé)人進(jìn)行安全教育，由儀器負(fù)責(zé)人進(jìn)行儀器安全操作培訓(xùn)，簽訂實(shí)驗(yàn)室安全責(zé)任書并征得實(shí)驗(yàn)室安全管理人員及儀器負(fù)責(zé)人的同意后方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室工作。

（三）當(dāng)前存在的不足

1.加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)

實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研、科技開發(fā)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、使用及管理的基本力量，實(shí)驗(yàn)室人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)及管理能力的高低，直接影響著實(shí)驗(yàn)室教學(xué)、科研和設(shè)備管理工作的質(zhì)量。因此，必須進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍建設(shè)，需要從三個(gè)方面入手；第一，注重優(yōu)良品德的培養(yǎng)。培養(yǎng)他們敬崗愛業(yè)，全心全意為教學(xué)、科研服務(wù)的意識(shí)。第二，注重實(shí)驗(yàn)人員知識(shí)面的培養(yǎng)。培養(yǎng)他們的思維能力、創(chuàng)新能力和解決問題的能力。第三，加強(qiáng)業(yè)務(wù)能力的提高，包括提高實(shí)驗(yàn)人員的管理水平和專業(yè)技術(shù)能力。主要措施有：引進(jìn)優(yōu)秀人才，組織優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)人員出國(guó)深造，鼓勵(lì)優(yōu)秀的低學(xué)歷實(shí)驗(yàn)人員提升學(xué)歷教育，鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)人員參加有關(guān)實(shí)驗(yàn)室管理的研討會(huì)，參觀其他高校的實(shí)驗(yàn)室，組織實(shí)驗(yàn)室人員參加培訓(xùn)，提高專業(yè)技能等。

2.建立和完善開放式實(shí)驗(yàn)室

開放式實(shí)驗(yàn)室是指在時(shí)間上實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生自由開放，學(xué)生可以自行安排時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；在實(shí)驗(yàn)的開展過程中，學(xué)生可以在完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，利用自己的方法開展一些設(shè)計(jì)性、綜合性、研究性的實(shí)驗(yàn)。開放式實(shí)驗(yàn)室的建立，首先，將能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，給他們提供一個(gè)彰顯個(gè)性、展示自我的機(jī)會(huì)。其次，也能初步訓(xùn)練他們的科研能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。最后，也能夠讓學(xué)生充分體會(huì)到科研工作的艱辛，使他們更加珍惜實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)。而開放實(shí)驗(yàn)室也給教師工作帶來了一定的困難，如實(shí)驗(yàn)室的開放時(shí)間安排、實(shí)驗(yàn)儀器的管理、參與人員的工作安排等，可以參考國(guó)外開放實(shí)驗(yàn)室的管理模式，建立一系列的開放實(shí)驗(yàn)室制度，這樣才能保障開放實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

三、結(jié)語

實(shí)驗(yàn)室是廣大師生進(jìn)行教學(xué)、科研工作的重要場(chǎng)所，規(guī)范化、安全的實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與管理是實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研順利進(jìn)行的有力保障。通過大量借鑒國(guó)內(nèi)外真空鍍膜實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)及管理經(jīng)驗(yàn)，福州大學(xué)建成了真空鍍膜實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行了管理實(shí)踐，但在實(shí)驗(yàn)室整體規(guī)劃和管理方面還存在著不足，需要進(jìn)一步吸取國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室管理的寶貴經(jīng)驗(yàn)，不斷加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和提升實(shí)驗(yàn)室管理水平，以便更好地為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)，培養(yǎng)出適應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的創(chuàng)新人才。

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]