Thin Film Technology for Smart Applications

วัสดุชีวภาพสำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อ

3(3-0-9)

วิชาบังคับก่อน : ไม่มี

หลักการ เทคนิคการผลิต และการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีฟิล์มบางในระบบสมาร์ทสมัยใหม่ ฟิล์มบางมีบทบาทสำคัญในหลากหลายอุตสาหกรรม เช่น อิเล็กทรอนิกส์ พลังงาน ออปติก และชีวการแพทย์ การเรียนรู้ด้านวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการสะสมฟิล์มบาง การวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะ และการผสานฟิล์มบางเข้ากับการใช้งานในระบบสมาร์ท เช่น เซนเซอร์ อุปกรณ์สวมใส่ เซลล์แสงอาทิตย์ และอุปกรณ์ MEMS

ผลสัมฤทธิ์การเรียนรู้

1. บทนำเกี่ยวกับเทคโนโลยีฟิล์มบาง (5 ชม.)
   • ความหมายและความสำคัญของฟิล์มบาง
   • ความเป็นมาและการพัฒนาฟิล์มบาง
   • การประยุกต์ใช้ในระบบสมาร์ท
2. หลักการการก่อตัวของฟิล์มบาง (6 ชม.)
   • กลไกการเกิดนิวเคลียสและการเติบโต
   • อุณหพลศาสตร์และจลน์ศาสตร์ของการก่อตัวฟิล์ม
   • ความเครียด การยึดเกาะ และข้อบกพร่องในฟิล์มบาง
3. เทคนิคการสะสมฟิล์มบาง (6 ชม.)
   • การสะสมด้วยไอทางกายภาพ (PVD): การสปัตเตอริงและการระเหยด้วยความร้อน
   • การสะสมด้วยไอทางเคมี (CVD) และการสะสมด้วยชั้นอะตอม (ALD)
   • วิธีการทางสารละลาย: การเคลือบด้วยการหมุน การจุ่ม และกระบวนการ Sol-gel
   • การเปรียบเทียบเทคนิคสำหรับการใช้งานที่แตกต่าง
4. วิธีการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของฟิล์มบาง (6 ชม.)
   • การวิเคราะห์โครงสร้าง: การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM)
   • ความหนาและลักษณะพื้นผิว: เอลลิปโซเมตรีและกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM)
   • คุณสมบัติทางแสง: สเปกโตรสโคปี UV-Vis และการปล่อยแสง
   • การวัดคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความร้อน
5. การประยุกต์ฟิล์มบางสำหรับแอปพลิเคชันสมาร์ท (6 ชม.)
   • ฟิล์มบางในอิเล็กทรอนิกส์: MEMS, NEMS และอุปกรณ์สวมใส่
   • การเคลือบฟิล์มบางสำหรับการใช้งานด้านพลังงาน: เซลล์แสงอาทิตย์และเทอร์โมอิเล็กทริก
   • ฟิล์มบางในออปติกสำหรับหน้าจอและเซนเซอร์
   • ฟิล์มบางในอุปกรณ์ทางชีวการแพทย์
6. ความท้าทายและแนวโน้มในอนาคต (7 ชม.)
   • ความสามารถในการพื้นที่ของฟิล์มบางและความคุ้มค่า
   • ความทนทานและผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมต่อการใช้งาน
   • วัสดุใหม่ที่เกิดขึ้น: วัสดุ 2 มิติ นาโนคอมโพสิต และฟิล์มบางไฮบริด
   • ทิศทางในอนาคตของระบบสมาร์ทที่ใช้ฟิล์มบาง

ผลสัมฤทธิ์การเรียนรู้

1. อธิบายหลักการพื้นฐานเกี่ยวกับการก่อตัวและคุณสมบัติของฟิล์มบาง
2. ระบุและประยุกต์ใช้เทคนิคการสะสม/เคลือบฟิล์มบางต่าง ๆ
3. วิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของฟิล์มบางโดยใช้วิธีวิเคราะห์ขั้นสูง
4. อกแบบและประยุกต์ฟิล์มบางสำหรับแอปพลิเคชันสมาร์ทเฉพาะ
5. วิเคราะห์และจัดการกับความท้าทายในเทคโนโลยีฟิล์มบางสำหรับอุปกรณ์ยุคใหม่

ความรับผิดชอบต่อผลลัพธ์การเรียนรู้ของหลักสูตร

1. บัณฑิตสามารถประยุกต์ใช้ความรู้ในหัวข้อหลักและทฤษฎีที่เกี่ยวข้องในการแก้ปัญหาทางวิศวกรรมวัสดุ (PLO2)
2. บัณฑิตสามารถทบทวน คิดวิเคราะห์ และอภิปรายทั้งในมุมกว้างและลึกอย่างเชี่ยวชาญในงานทางด้านวิศวกรรมวัสดุที่เกี่ยวข้องกับงานวิจัย สามารถระบุปัญหาหรือประเด็นท้าทายเชิงวิชาการได้ (PLO3)

Thin Film Technology for Smart Applications

Prerequisite : None

Principles, fabrication techniques, and applications of thin film technologies in modern smart systems; Thin films are critical in various industries, including electronics, energy, optics, and biomedicine; Science of thin film deposition, characterization, and their integration into smart applications such as sensors, wearables, photovoltaics, and MEMS devices.

Course Outline

1. Introduction to Thin Film Technology. (5 hr.)
   • Definition and importance of thin films.
   • Historical perspective and advancements.
   • Applications in smart systems.
2. Thin Film Formation Principles. (6 hr.)
   • Nucleation and growth mechanisms.
   • Thermodynamics and kinetics of film formation.
   • Stress, adhesion, and defects in thin films.
3. Thin Film Deposition Techniques. (6 hr.)
   • Physical Vapor Deposition (PVD): Sputtering, Thermal Evaporation.
   • Chemical Vapor Deposition (CVD) and Atomic Layer Deposition (ALD).
   • Solution-based methods: Spin coating, Dip coating, and Sol-gel processes.
   • Comparison of techniques for different applications.
4. Thin Film Characterization Methods. (6 hr.)
   • Structural analysis: X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM).
   • Thickness and morphology: Ellipsometry, Atomic Force Microscopy (AFM).
   • Optical properties: UV-Vis Spectroscopy, Photoluminescence.
   • Electrical and thermal property measurements.
5. Integration of Thin Films in Smart Applications. (6 hr.)
   • Thin films in electronics: MEMS, NEMS, and wearable devices.
   • Smart coatings for energy applications: Photovoltaics, Thermoelectrics.
   • Optical thin films for displays and sensors.
   • Thin films in biomedical devices.
6. Challenges and Future Trends. (7 hr.)
   • Scalability and cost-effectiveness of thin film technologies.
   • Durability and environmental concerns.
   • Emerging materials: 2D materials, nanocomposites, and hybrid thin films.
   • Future directions in thin film-based smart systems.

Learning Outcomes

1. Explain the fundamental principles of thin film formation and properties.
2. Identify and apply various thin film deposition techniques.
3. Characterize thin films using advanced analytical methods.
4. Design and integrate thin films for specific smart applications.
5. Analyze and address challenges in thin film technology for next-generation devices.

Alignment with the following PLO:

1. Graduates apply general knowledge of core topics and theory to solve problems in Materials Engineering. (PLO2)
2. Graduates are able to critically review, analyze, and give broad and deep critique in Materials Engineering associated with research, identify core problems or find challenging academic issues. (PLO3)