材料表面与界面 .ppt

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1、2.1理想表面结构理想表面是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。如果忽略晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响；忽略表面上原子的热运动以及出现的缺陷和扩散现象；忽略表面外界环境的物理和化学作用等等内外因素；则可以把晶体的解理面认为是理想表面。图2-1理想表面结构示意图d图2-1理想表面结构示意图2.2清洁表面结构清洁表面指不存在任何污染的化学纯表面，即不存在吸附、催化反应或杂质扩散等一系列物理化学效应的表面。这种清洁表面的化学组成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。由于表面上电子波函数的畸变，使原子处于高能态，容易发生弛豫和重排，所以其结构偏离理想的二维点

2、阵结构，形成新的、较为复杂的二维结构。清洁表面结构的特征就是表面原子弛豫和重排，而弛豫的机理比较复杂，最简单的规律是解理面上断键的饱和趋势。其它如双电层结构、松散结构等还同极化、静电力、原子结合力等因素有关。清洁表面结构，以偏离理想解理面的程度来标志。研究方法是实验与模型相结合的“自洽法”。根据表面原子的静电状态、电子波函数等理论上的分析，提出初步模型，再经过微观分析，证实模型并进一步作数据处理，从而修正模型得到比较接近实际的模型再对照实验经过多次反复，力求得到比较满意的结果，使其在定量研究方面的一些“近似解”逐步趋于完善。2.2.1表面结构的表述方法当晶体

3、解理时，由于各种因素的影响，很难得到完整的平面结构，如果畸形程度小，可以近似地认为是平面。还常常出现一种比较有规律的非完全平面结构，称之为台阶结构。对于平面结构和台阶结构，分别用不同的方法表述。根据表面原子的排列，清洁表面又可分为台阶表面、弛豫表面、重构表面等。图2-2Pt（557）有序原子台阶表面示意图（一）台阶表面(图2-2)台阶表面不是一个平面，它是由有规则的或不规则的台阶的表面所组成。[112][111][110](001)周期由于晶体内部缺陷的存在等因素，使晶体内部应力场分布不均匀，加上在解理晶体对外力情况环境的影响，晶体的解理面常常不能严格地沿所

4、要求的晶面解理，而是伴随着相邻的倾斜晶面的开裂，形成层状的解理表面。它们由一些较大的平坦区域和一些高度不同的台阶构成，称为台面－台阶－拐结（Terrace－Ledge－Kink）结构，简称台阶结构或TLK结构。这类结构比较普遍地发生在一些金属及其氧化物，Ⅲ-Ⅴ族半导体材料及其化合物晶体的某些晶面上，如Cu、Au、W、Pt、Pd、Si、Ge、As、GaAs、ZnO等，其它如某些卤化碱材料的某些晶面上也能观察到。LEED衍射实验已证明台阶结构类型的存在，并可以推算出台阶高度和密度。台阶结构中，有时出现拐结，有时不出现拐结。通用的台阶结构表述符号为：E(s)-[m

5、(hkl)×n(hkl)]（2.2-1）其中：E代表化学元素符号；s为台阶结构的标志；m为台面宽度，以台面上的原子列数表示，标志了台面的周期；（hkl）为构成台面的晶面指数；n为台阶高度，以台阶所跨的子层数表示；（hkl）为构成台阶的晶面指数。图2.2-1中列举了两种台阶结构。（a）为Pt(s)－[4(111)×(100)]；（b）为Pt(s)－[7(111)×(310)]；其台阶出现拐结。（二）平坦表面（包括弛豫表面和重构表面）平坦表面表述方法，一般采用Wood（1963）方法。这种方法主要是以理想的二维点阵为基，描述发生点阵畸变的清洁表面点阵

6、结构。畸变后的表面通常称为再构表面，再构是由原子的重排和弛豫所致。以理想解理面作为衬底，已知其平移群为：T=ma+nb其中a，b为衬底点阵基矢。再构表面形成的二维点阵达到稳定时也同样具有平移群。Ts=mas+nbs其中as，bs为再构表面点阵基矢。表面再构后，其点阵结构同理想二维点阵的偏离主要通过再构点阵基矢as，bs相对于衬底点阵基矢a，b的改变来表述，最简单的情况是基矢方向不改变，仅改变大小。此时再构点与衬底点阵无相对旋转，其基矢两两平行，其长度关系满足：此处，p，q为整数，表示基矢倍数，即在这种情况下，再构表面的表述方式为其中E为衬底元素符号，{h

7、kl}为再构表面的晶面指数。例如Si{111}2×2表示Si的{111}晶面族表面再构基矢as，bs相对于衬底a，b无偏转，只有长度变化。较为复杂的情况是，再构表面点阵相对于衬底点阵有偏转，其偏转角为此时，再构表面点阵基矢与衬底点阵基矢之间已不是简单的倍数关系，而有对于这种再构表面，可表述为一般情况下，清洁表面均吸附有一定数量的外来原子，当吸附原子已不可忽略，但数量不多，不致于影响表面结构时，在表述中常常标出吸附原子的元素符号，在通式中以D代表，如果吸附原子数量足以构成一个吸附层时，影响了再构表面结构，则在通式中还要有所改变，以后将会讨论。当再构表面成为有心

8、长方结构时，有时可在再构符号[p×q]前冠以“C”字