固体表面复习题

《固体表面复习题》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、1)请分析为什么常常固体表面表征手段需要高真空或超高真空条件。固体由于其特有的结构使得固体表面易发生物理或者化学吸附，为了避免发生吸附对研究固体表面产生的影响，常常进行固体表面表征时需要高真空或超高真空条件。2)列举三种固体表面表征手段，简要说明其基本原理，所获信息和为什么是表面敏感的手段。低能电子衍射（LEED）原理：要获得表面原子排列的周期性的信息必须入射源的能量较低，不会穿透表面以下较深的区域，低能电子(10～500ev;电子波长3.9Å～0.5Å)同表面作用时，一般只能穿透几个原子层厚度，平均自由程

2、＜1nm（5～10Å）。所以低能电子衍射（LEED）只给出表面层结构信息。这种只给出表面层结构信息的手段称表面敏感手段。可获得信息：清洁表面原子排列形式（几何结构）、吸附原子或分子在表面排列形式。光电子能谱（XPS）原理:X射线激发固体中原子或离子的内层电子，通过能量差得出内层电子结合能的信息。对于特定的原子其结合能是特定的，因而可用于表面组成分析。随价态及化学环境的变化，结合能会有一定移动，从移动可以判断原子价态及配位环境。因光电子逃逸深度小于2－3nm,所以是表面敏感手段。可获得信息为：表面组成、表面原

3、子的价态、配位环境高分辨电子能量损失光谱(HREELS)原理：低能电子束同固体表面相互作用，引起表面吸附物种分子的振动发生跃迁，通过测定反射电子束的能量，从能量损失的情况得到吸附物种振动跃迁的信息。HREELS实际上所得信息与IR相似，只不过HREELS使用低能电子，从而所得信息是高度表面灵敏的。对表面吸附物种的灵敏程度为IR的约100倍。可获得信息为：表面吸附物种的键合结构3)从能带理论简要说明晶体能带的形成。晶体中电子的运动状态可以用k空间来标记。在某些k值电子状态是不存在的，换言之，k值仅限于在某些区

4、域内有。k=±n/2a处没有允许的能级存在，能级发生跳跃。此能量间隔称为禁带，其中不存在能级。在禁带以外的区域，能量可以看作是准连续的。定性地说，形成了能带。能带理论是一单电子近似理论，它把每个电子的运动看成是独立的在一个等效势场中的运动。4)什么是费米能级？以Si半导体为例，分析本征半导体，掺杂n型和P半导体的费米能级的位置。费米能级是决定电子在能级上的分布的一个基本量。如果把电子系统看作一个热力学系统，实际上费米能级等于电子的化学势，即EF等于把一个电子加入系统中所引起的系统自由能的变化。最后一个费米子

5、占据着的量子态即可粗略理解为费米能级。本征半导体体系的费米能级位于导带和价带中间。n型半导体其中杂质效应是提供电子的传导。如Si中含P,As,Sb等杂质时，这些高价杂质进入Si的晶格，会多出1个e,　它将电离出1个电子到导带，故被称为施主(donor)。施主也可以是阳离子过量的化合物(或阴离空位)。n型半导体的Fermi能级位置温度很低时：P型半导体则是提供空穴电导。例如在Si中引入B等低价杂质,为了形成四配位，它必须接受1个电子，则会形成1个空穴，B称为受主（acceptor）。5)清洁金属表面结构常与体

6、相在表面的投影不同，简述发生表面结构变化的两大模式，并作简要说明。(1)表面驰豫和表面重构现象(i)在表面垂直方向上，在接近表面时，层与层之间出现收缩等现象。而这些现象在有吸附原子或分子时又会变化(ii)表面原子的排列方式与体相中不同(2)对于多原子体系，表面组成不同于体相组成，出现表面偏析表面弛豫：这是表面层与层之间距离发生收缩的现象，这种现象不改变表面原子的最近邻数目和转动对称性。在层中的原子排列仍基本上保持从体相结构预测的表面结构。实验结果表明收缩或弛豫的大小与表面原子排列的紧密程度有关，密度越小，结

7、构越松散，弛豫程度越大。较一般易于接受的解释为：当一个晶体劈裂形成新表面时，表面原子原来的成键电子部分地从断开的键移到未断的键上去，从而增加了未断键的电荷含量或键级，因而必然会减少键长。可以预见，一旦被吸附原子或分子出现在表面，键长的收缩应减少或消失。弛豫作用通常在高真空中观察到，它对杂质、缺陷、外来吸附物很敏感。表面重构：同具有非局部性质的金属键相比，因半导体中主要是更为局部化和方向特性的共价键，因而在表面出现悬空键时，表面原子排列变化较大，导致面内原子排列的周期性偏离理想情况。因而半导体更易出现表面重构

8、现象。许多半导体(包括化合物半导体)和少数金属的表面，原子排列比较复杂。在平行衬底的表面上，原子的平移对称性与体内有明显不同，原子作了较大幅度的调整，这种表面结构称重构。重构有两类情况：(1)表面晶面与体内完全不一样，如Au、Pt的(00l)面的重构是一个与(111)面相接近的密堆积面，这种情况有的资料上称超晶格。或称超结构。(2)表面原胞的尺寸大于体内，即晶格常数增大，6)简要说明为什么Si(100)表面易重构