《二维材料与器件》教学大纲

课程编号：MA006015

课程名称：二维材料与器件                            英文名称：Two-dimensional materials anddevices                              

学分/学时：1/16                 课程性质：通识教育选修             

适用专业：材料科学与工程、微电子科学与工程、电子科学与技术、光信息科学与工程

建议开设学期：2018年下学期

先修课程：固体物理、半导体物理、半导体器件物理

开课单位：先进材料与纳米科技学院                                             

一、课程的教学目标与任务

二维材料与器件是当前材料科学、凝聚态物理、微电子学及光电子学研究的最前沿领域，本课程将系统介绍二维材料与器件领域的研究历史及现状、研究方法及实际应用。本课程的教学目标是通过这门课程的学习，让学生对于材料学的前沿课题有较为深刻的认识，并能够将所学的基础课程如固体物理、半导体物理、半导体器件物理等知识应用于实际问题之中。

二、课程具体内容及基本要求

（一）导论：低维材料与器件（2学时）

本节内容包括：低维纳米材料的分类及应用、零维纳米材料概述、一维纳米材料概述、二维纳米材料概述

1.基本要求

（1）掌握低维纳米材料的结构特点及分类

（2）熟悉常见的低维纳米材料

（3）了解低维纳米材料的发展历程及应用前景

2.重点、难点

重点：低维纳米材料的结构特性及种类

难点：如何区分不同维度的纳米材料、低维纳米材料与三维体材料的区别

3.作业及课外学习要求：了解低维纳米材料研究热点

（二）二维材料概论：结构、性质及分类（2学时）

本节内容包括：二维材料的概念及范畴、二维材料的发展简史、二维材料的结构、性质及分类、二维材料的应用前景

1.基本要求

（1）掌握二维材料的概念、范畴及主要类别

（2）熟悉二维材料的发展历程

（3）了解二维材料在诸多领域的发展前景

2.重点、难点

重点：二维材料的概念及范畴、二维材料的结构、性质及分类

难点：层状二维材料与超薄纳米片的区别

3.作业及课外学习要求：了解有关二维材料研究的主要数据库

（三）基于二维材料的微电子器件（2学时）

本节内容包括：传统微电子器件概述、二维材料的电学特性、二维材料在电学器件中的应用特性

1.基本要求

（1）掌握二维材料的电学特性

（2）熟悉二维材料在电学器件中的应用特性

2.重点、难点

重点：二维材料的电学特性与结构之间的关系

难点：如何理解二维材料在电学器件应用中的具体问题

3.作业及课外学习要求：学习查阅有关二维材料研究的文献

（四）二维材料异质结（2学时）

本节内容包括：异质结的概念、二维材料异质结的分类及特性、范德华（纵向）异质结、面内（横向）异质结、二维材料异质结的制备方法

1.基本要求

（1）掌握二维材料异质结概念、分类及特性

（2）熟悉范德华异质结与传统异质结的差异

（3）了解二维材料异质结的制备方法

2.重点、难点

重点：二维材料的电学特性与结构之间的关系

难点：范德华异质结和面内异质结在性能上的差别

 3.作业及课外学习要求：查阅与二维材料异质结相关的文献

（五）二维材料光电及传感器件（2学时）

本节内容包括：二维材料的光学特性、二维材料中的光电转换机制、二维材料光电子器件、二维材料传感器件

1.基本要求

（1）掌握二维材料的光学特性及光电转换机制

（2）熟悉二维材料在力学传感中的应用

（3）了解二维材料在化学及生物传感中的应用

2.重点、难点

重点：二维材料的光电转换机制

难点：从能带论的角度理解二维材料的光学性质和光电转换机制

3.作业及课外学习要求：查阅与二维材料光电器件相关的文献

（六）二维材料在新能源、生物等领域的应用（2学时）

本节内容包括：二维材料在新能源领域的应用前景、二维材料在生物领域的应用前景、二维材料实际应用中所面临的主要问题

1.基本要求

（1）掌握二维材料在上述领域的应用特性

（2）熟悉二维材料在新能源、生物等领域的应用

（3）了解二维材料实际应用中所面临的主要问题

2.重点、难点

重点：二维材料在新能源及生物领域的应用

难点：二维材料在新能源及生物领域应用的原理

3.作业及课外学习要求：查阅与二维材料在新能源、生物等领域应用的相关文献

（七）二维材料与器件前沿（4学时）

本节内容包括：二维材料与器件前沿

1.基本要求

（1）掌握二维材料与器件在某一领域的研究内容和方法

（2）熟悉二维材料与器件的应用前沿领域

2.重点、难点

重点：二维材料与器件的基本理论和研究方法

难点：运用所学的理论知识对前沿问题进行分析和讨论

3.作业及课外学习要求：查阅与二维材料研究前沿的相关文献

三、教学安排及方式

总学时 16 学时，其中：讲授 14  学时，实验  0  学时，上机  0  学时，实践0   学时，研讨  4  学时，线上 0 学时。         

注：教学方式包括面授和线上，其中面授包括： 讲授、实验、上机、实践、研讨五种。

四、考核及成绩评定方式

（以下为示例）

最终成绩由平时作业成绩、期末成绩和小论文成绩等组合而成。各部分所占比例如下：

平时作业成绩：30%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。

课程论文成绩：70%。主要考核发现、分析和解决问题的能力，以及语言及文字表达能力。学生可自拟题目或根据任课教师提出的题目撰写课程学习小论文，并在一定形式下进行宣讲、答辩，最后评定课程论文成绩。

过程成绩提交时间和总评成绩计算说明表  

注：上表用于说明授课过程中分项成绩提交时间，教师应在规定的时间内提交对应成绩，提前或逾期无法提交，一旦提交无法修改。大纲可以根据需要自行定义提交成绩的次数、时间和名称或说明，总评成绩计算必须与考核和成绩评定方式中描述的一致。

五、教材及参考书目

教材：《石墨烯(新型二维碳纳米材料)》，陈永胜、黄毅等著，科学出版社

参考书目：

1. 《固体物理导论(第8版)》，基泰尔著，项金钟，吴兴惠译，化学工业出版社

2. 《半导体物理学（第7版）》，刘恩科等著，电子工业出版社   

3. 《半导体器件物理(第3版)》，施敏、伍国珏等著，西安交通大学出版社

七、说明

（一）与相关课程的分工衔接

本课程主要介绍的是二维材料与器件这一前沿领域，内容涉及《固体物理》、《半导体物理》及《半导体器件物理》等课程的基本概念和理论，即在上述课程之后开设，有利于学生理解知识以及运用所学知识解决实际问题能力的培养。

（二）其他说明

无