賈宏杰　程樹英　夏巖

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

[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] G482 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）12-0079-03

真空鍍膜技術(shù)起源于20世紀30年代，是在高真空的條件下，采用加熱或濺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，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，透明導電薄膜，太陽能光伏發(fā)電薄膜，光電存儲薄膜，光敏、氣敏傳感器，鐵電存儲薄膜，節(jié)能玻璃，汽車玻璃，手機顯示屏等），是材料科學和電子科學的支撐技術(shù)之一，是高校材料、電子、微電子、光電子等專業(yè)學生畢業(yè)后從事薄膜材料、敏感元件及傳感器、半導體材料與元器件、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。為了讓學生能夠更加深入的掌握此技術(shù)，同時提高他們的創(chuàng)新能力，福州大學建立了真空鍍膜實驗室。本文詳細介紹了福州大學真空鍍膜實驗室的建設(shè)現(xiàn)狀和管理實踐。該實驗室的建設(shè)，完善了電子科學與技術(shù)、微電子學與固體電子學、光電子學專業(yè)的實驗教學，有利于提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

一、真空鍍膜實驗室建設(shè)現(xiàn)狀及課程開設(shè)

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

（一）實驗室建設(shè)現(xiàn)狀

實驗室分為四個區(qū)域：清洗間、真空鍍膜間、后處理間、測試表征間。目前實驗室已配備了真空鍍膜實驗相關(guān)的儀器設(shè)備。 清洗設(shè)備包括：純水機、超聲波清洗機。真空鍍膜設(shè)備包括：原子層沉積系統(tǒng)、磁控濺射鍍膜機、電子束蒸發(fā)鍍膜機、熱蒸發(fā)鍍膜機。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、Hall測試儀、臺階儀、拉曼測試儀、X射線衍射儀、X射線熒光光譜儀。器件特性測試儀器包括半導體參數(shù)測試儀、量子效率測試系統(tǒng)、深能級瞬態(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)的實驗教學及科研創(chuàng)新工作。

（二）課程開設(shè)

根據(jù)電子科學與技術(shù)、微電子學與固體電子學和光電子學專業(yè)特點和培養(yǎng)方案，已在實驗室開設(shè)了真空鍍膜實驗課程。該課程是電科類專業(yè)的專業(yè)課，面向高年級的本科生，是在學習真空鍍膜技術(shù)、半導體物理、半導體物理與器件等理論課程之后而開設(shè)的獨立實驗課，是理論教學的深化和補充，具有很強的實踐性。實驗室一次能容納30多人同時進行真空鍍膜制備功能薄膜材料、器件及測試表征的實驗，滿足約180人的專業(yè)實驗課的需要。同時可為高年級本科生和科學研究團隊，在功能薄膜材料工藝、器件制作方面開展創(chuàng)新實驗和研究提供支撐平臺。目前開設(shè)的實驗項目包括單項工藝實驗、綜合設(shè)計制作實驗、創(chuàng)新實驗。 單項工藝實驗的目的是讓學生掌握真空鍍膜工藝原理、工藝流程及設(shè)備使用，設(shè)置了以下六個實驗：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)計制作實驗是單項實驗的深化，要求學生通過查閱資料，獨立選擇一種半導體材料（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），進行工藝流程綜合實驗及材料性能的測試表征（通過X射線衍射XRD和拉曼測試表征分析薄膜材料的結(jié)構(gòu)；通過掃描隧道顯微鏡SEM測試表征分析薄膜材料的形貌；通過測試材料的透過率和反射率分析薄膜材料的光學特性；通過霍爾測量表征分析薄膜材料的半導體特性），讓學生對真空鍍膜工藝的整個流程有更全面、更深入的了解。 創(chuàng)新實驗是為本科生開放一些儀器設(shè)備，進行創(chuàng)新性實驗和課題研究。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、與指導老師討論后提出的課題。課程開設(shè)的目的是提高學生的科研能力和創(chuàng)新能力，為將來從事科研工作打下堅實的基礎(chǔ)。

二、實驗室管理實踐

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

（一）建設(shè)規(guī)范化實驗室

傳統(tǒng)實驗室由于主要是一些小型設(shè)備，在實驗室的管理中大多采用傳統(tǒng)的實驗室管理模式，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，導致實驗室存在安全隱患。2.實驗設(shè)備配備缺乏科學論證，無法兼容實驗教學和科研共享，造成資源的嚴重浪費。3.實驗人員的培養(yǎng)機制不健全，目前很多高校在實驗室管理理念上還比較滯后，對實驗室管理人員和技術(shù)人員的業(yè)務(wù)培訓不夠重視，使得實驗室管理人員的業(yè)務(wù)水平及專業(yè)知識跟不上實驗設(shè)備的快速發(fā)展。真空鍍膜實驗室不同于傳統(tǒng)的實驗室，具有環(huán)境潔凈、無污染，實驗儀器設(shè)備昂貴，實驗過程中會產(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)的實驗室管理模式，勢必會造成實驗室設(shè)備資源的浪費，更有甚者會使實驗室具有重大的安全隱患，給實驗室設(shè)備及實驗人員的人身安全造成安全威脅。如何有效的管理實驗室，保證實驗室設(shè)備高效利用的同時，保障實驗室設(shè)備及實驗人員的安全是實驗室管理中的重中之重，因此，建立一套規(guī)范、科學的管理條例及規(guī)章制度是非常必要的。

首先，必須制定一些行之有效的實驗室規(guī)章制度并張貼在實驗室的墻上，這些規(guī)章制度將作為對學生、老師及實驗人員進入實驗室的基本要求，約束相關(guān)人員的行為，保障實驗室有序、安全的開展實驗工作。目前已建立的規(guī)章制度有《實驗室安全守則》《實驗室消法安全管理制度》《實驗室安全衛(wèi)生工作管理條例》《實驗室危險廢棄物處理管理規(guī)定》《危險物品安全管理規(guī)定》。

其次，為了保障實驗教學、科研的有序進行，應(yīng)對實驗室的日常工作進行規(guī)范的記錄并歸檔，以便后期查閱，主要包括三個方面：1.耗材的購買及實用情況；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行預(yù)約登記，同時在儀器使用過程中必須做好實驗記錄；3.設(shè)備管理人員必須做好設(shè)備使用的培訓記錄和設(shè)備維修記錄。以上材料定期歸檔，以便后期查閱。

再次，真空鍍膜實驗室會用到一些有毒有害的化學品及高壓氣瓶等，為了實驗室的安全，化學品的購置、存放及使用必須要有嚴格的管理規(guī)范。在危險化學品的購置及使用方面，制作了《易制爆化學品采購申請表》《購買易制爆危險化學品流向信息備案表》《實驗室管制類化學品出入庫臺賬》等規(guī)范文檔。同時，在實驗室化學藥品的存放過程中，遵從必須要有清晰的標識、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報警、通風功能的氣瓶柜。

最后，實驗室的廢物、廢氣、廢液處理，要遵從標識清晰、分類存放、及時送學校設(shè)備處統(tǒng)一處理的原則，并且制訂《危險廢物管理臺賬》，以備后查。

（二）建設(shè)安全實驗室

真空鍍膜實驗室有貴重的實驗儀器設(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、科研實驗無法進行，重則將會造成人員傷亡，使師生員工的家庭及社會、國家蒙受重大的損失。因此，強化實驗室安全管理，才能保障教學、科研的正常運行，確保實驗室人員和財產(chǎn)的安全。

針對上述情況，主要從三個方面入手：

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

第二，加強實驗室安全管理。設(shè)立實驗室安全責任人和安全管理人，負責實驗室的安全管理工作；檢測監(jiān)督實驗室技術(shù)規(guī)范和操作規(guī)程的執(zhí)行情況，定期組織開會；制訂安全事故應(yīng)急處置預(yù)案并打印出來掛貼在墻上，實驗室危險部位設(shè)置明顯的危險標識或安全警示標志；定期對安全設(shè)施設(shè)備進行檢查、維護和更新，確保完好有效，填寫安全工作日志或記錄；定期對實驗室進行安全檢查，填寫《實驗室安全檢查自查表》，發(fā)現(xiàn)問題上報學院并及時整改，實驗室每臺設(shè)備配備專門的老師進行管理、維護及給使用設(shè)備的師生進行培訓。

第三，加強實驗人員的培訓。進入實驗室工作的師生必須經(jīng)由實驗室安全負責人進行安全教育，由儀器負責人進行儀器安全操作培訓，簽訂實驗室安全責任書并征得實驗室安全管理人員及儀器負責人的同意后方可進入實驗室工作。

（三）當前存在的不足

1.加強師資隊伍建設(shè)

實驗師資隊伍是高校實驗教學、科研、科技開發(fā)和實驗室建設(shè)、使用及管理的基本力量，實驗室人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)及管理能力的高低，直接影響著實驗室教學、科研和設(shè)備管理工作的質(zhì)量。因此，必須進一步加強實驗師資隊伍建設(shè)，需要從三個方面入手；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、科研服務(wù)的意識。第二，注重實驗人員知識面的培養(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，加強業(yè)務(wù)能力的提高，包括提高實驗人員的管理水平和專業(yè)技術(shù)能力。主要措施有：引進優(yōu)秀人才，組織優(yōu)秀實驗人員出國深造，鼓勵優(yōu)秀的低學歷實驗人員提升學歷教育，鼓勵實驗人員參加有關(guān)實驗室管理的研討會，參觀其他高校的實驗室，組織實驗室人員參加培訓，提高專業(yè)技能等。

2.建立和完善開放式實驗室

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

三、結(jié)語

實驗室是廣大師生進行教學、科研工作的重要場所，規(guī)范化、安全的實驗室的建設(shè)與管理是實驗教學、科研順利進行的有力保障。通過大量借鑒國內(nèi)外真空鍍膜實驗室的建設(shè)及管理經(jīng)驗，福州大學建成了真空鍍膜實驗室，進行了管理實踐，但在實驗室整體規(guī)劃和管理方面還存在著不足，需要進一步吸取國內(nèi)外實驗室管理的寶貴經(jīng)驗，不斷加強實驗室建設(shè)和提升實驗室管理水平，以便更好地為實驗教學服務(wù)，培養(yǎng)出適應(yīng)行業(yè)發(fā)展趨勢的創(chuàng)新人才。

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[責任編輯：鐘 嵐]