材料表界面-考题答案.doc

名词解释：
小角度倾斜晶界 两个晶粒交界处晶向之间的夹角称为晶界角。晶界角小于10度的晶界称为小角度倾斜晶界。
表面自扩散 原子经由自己元素的晶体点阵而迁移的扩散。不依赖浓度梯度，仅由热振动而产生的扩散。
表面热缺陷 热激发导致，可以由晶体体内热缺陷的存在而相伴产生，也可以由晶体表面原子的迁移、脱位或吸附等产生的缺陷。
接触角：在固、液、气三相交界处，气液相界面与固液相界面之间的夹角。
肖特基势垒 若忽略金属和半导体的间隙和界面态的影响，可以得到表面势垒
这种势垒称之为肖特基势垒。式中X为半导体导带底电子到真空能级的亲和势。
表面探针。由光子、电子、离子、声、热、电场和磁场等可以与表面作用，来获取表面的各种信息。它们通常被称为 “探针” （Probe）

表面原子弛豫
表面原子的受力情况和体内不同造成的的表面原子层相对于体内原子层下的整体移动以降低体系的能量，而表面原子的近邻数和旋转对称性均不改变的现象，这种现象称为表面弛豫。

外延生长
在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。
表面振动模
固体表面层原子和分子的振动。由于表面原子只在平行表面方向上的排列有周期性，在垂直表面方向原子的分布失去严格周期性。表面原子的近邻配位原子同体内的不一样。因而表面原子具有的对称性和它受力的分布同体内原子差异显著，致使表面振动形成特殊的模式。
表面量子化

简答：
XPS & AES XPS即X射线光电子能谱 结合能Eb是把一个电子从束缚态激发到真空自由态所需的能量。对于不同的电子壳层，其Eb也不相同，原子所处的化学环境对结合能的影响非常大，可以利用电子能谱仪测出电子的动能，于是得到结合能Eb，这就是光电子能谱分析表面电子结构的基本原理。
XPS分析是采用X射线照射样品，检测样品表面发射出来的光电子的能量分布。在入射光子能量确定的情况下，光电子能量与原子轨道结合能量一一对应。当原子与所处的化学环境不同时，光电子谱峰发生化学位移，因而可以从光电子谱峰的峰位与峰形，分析样品表面的元素组成以及原子所处的化学环境。
XPS的分析原理是基于爱因斯坦的光电理论。光电子动能可用下式表示：Ek=hv-Eb + 其中Ek为光电子动能，hv为光子能量，Eb为电子结合能，为谱仪材料的功函数。对于给定谱仪， 为常数，因此光电子动能只取决与结合能。
XPS可以检测（Li-U）锂到铀原子。
优点：1.表面敏感(10-100Å逃逸深度)
2.对不同的化学环境很敏感。
3.定量，没有使用标准。
缺点：1.与像Auger、二次离子质谱（SIMS）带电粒子表面技术相比横向分辨率(>5μm) 相对比较差。
2.检测范围很小，只在0.01-1.0%。
3.不能检测氢原子和氦原子。因为它们的电子轨道直径非常小，几乎捕捉不到它们。
AES:俄歇电子谱 （重点）

XPS
AES
入射束
X射线
电子
检测粒子
光电子
Auger电子
能量
Ek = h - Eb
EABC=EA – EB - EC
特点
带有化学位移信息
表面损伤小
定量较好
分辨率高
缺点
分辨率差（X射线不易聚焦）
轻元素不能分析

台阶表面 由一些较大的平坦 区域和一些高度不同的台阶构成，称为台阶结构或者TLK结构。
公式： （hkl）为低指数晶面
θ[h’k’l’]表示（hkl）绕[h’k’l’]轴旋转θ可得到高指数晶面。例如邻晶面（3129）可以表示为（100）6°[0-13]。
（重点）公式： 含义： E表示化学式，s意为台阶，m是台面宽度（原子层的数目），（hkl）是台面的米勒指数，n为台阶高度（原子层的数目），（h’k’l’）是台阶的米勒指数。
（了解）对于台阶表面，Wulff提出的空间取向图，可以用来估算晶体表面能的各向异性。以二维正方晶体为例，表面在平行几何平面方向上的断键数目为cosθ/a，在垂直几何平面方向上的断键数目为sinθ/a，a为原胞的晶格常数，则单位长度的表面能可表示为 ：
相界：
晶界：多晶材料中晶粒间的交界过渡区称晶粒间界
相界：在热力学平衡条件下，不同相之间的交界区，
（1） 共格相界
（2） 准共格相界：晶格常数差别小于10%
（3） 非共格相界
吉布斯结论：
吉布斯结论：晶核势垒等于临界晶核表面自由能的1/3。要使析晶得以实现，必须给相变过程以驱动力破坏亚稳状态，使相变向着析晶方向进行，驱动力取决于相变自由能。驱动力依赖过冷度、过饱和度、过饱和蒸汽压。
择优取向-XRD
一般情况下，形成的晶粒晶轴在各个方向上分布的机会是均等的，在做XRD时，不同的晶面间距形成不同的衍射峰，因为晶面上原子分布、不同原子衍射能力存在差异等原因，各个衍射峰强度存在差异。
如果存在择优取向，作出来的曲线和标准曲线有差异，某些峰会变强，某些峰会变弱。
不一定是最高峰所对应的晶面。

表面能-最近邻
其表面能可以由其断键（悬挂键）数目来确定
通常采用单位面积的表面能来评价表面的稳定性,ρ{hkl}为原子面密度。因而可以得到Es,{100}<Es,{110}<Es,{111}，这同时说明高指数晶面从能量角度上来看不稳定。

接触角系数

表面空间电荷层
当体费米能级Er和电中性能级E0不重合，就会偏离表面态的电中性，出现电荷的输运现象。若Er>E0，将有电子从体内像表面输运，Er<E0，则电子从表面向体内输运。输运造成的偶极电场作用，可使输运只局限于表面附近，从而在靠近表面附近的区域内形成空间电荷层。
在理想金属块体中,电子分布具有平移对称性,但是当块体中有杂质、空位、表面、台阶等缺陷出现时,缺陷附近的电荷将重新排布以屏蔽缺陷对块体的影响,其结果是电荷密度以缺陷为中心呈长程衰减谐振的形式重新分布.
——Friedel 振荡