表面界面物理復(fù)習(xí)思考題講解

1、表面界面物理復(fù)習(xí)思考題 原子間的鍵合方式及性能特點(diǎn) 1結(jié)合鍵 結(jié)合方式 晶體特征 離子鍵 電轉(zhuǎn)移，結(jié)合力無比方向性和附和性 硬度高，脆性大，熔點(diǎn)高、導(dǎo)電性差 施價(jià)健 電子共用，結(jié)合力大，有方向性和飽和性 強(qiáng)度高、硬度高（金剛石M熔點(diǎn)高、脆性大、導(dǎo)電性差 金屬健 電子出其有.結(jié)合切皆大，丸方向性和飽和性 導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、 延展件好， 熔點(diǎn)較高 （如金屬） 分子鍵 電子云偏移,結(jié)合力很小，無方向性和飽和性 熔點(diǎn)低，硬度低.如間分子材料 氫健 是種特殊的分子間作用力，這是由氯原子同時(shí)與兩個(gè)電負(fù)性很大而原子半徑較小的原子（O,艮N等）桐站件而產(chǎn)生的具有比一般次價(jià)犍大的鍵ZL具Tf飽和性和方向性 原子的

2、外層電子結(jié)構(gòu)，晶體的能帶結(jié)構(gòu)。 描述原子中一個(gè)電子的空間位置和能量： 1）主量子數(shù) n；軌道角量子數(shù) 1;磁量子數(shù) m；自旋量子數(shù) s； 2）核外電子的排布規(guī)律三原則：能量最低原理；Pauli 不相容原理；Hund 規(guī)則。 說明： 1）晶體中，當(dāng) N 個(gè)原子聚在一起成晶體時(shí)，每個(gè)原子能級上將有 2N 個(gè)相同能量狀態(tài)的電子（共有化電子），這是泡利不相容原理所不允許的，實(shí)際上，由于原子的相互作用，每個(gè)原子能級將分裂為一個(gè)有 N 個(gè)支能級的能帶。 2）能帶表示電子允許占有的狀態(tài)，能帶間隙有禁帶，其寬度通常用 Eg 表示。每一根能帶中可以容納的電子是有限制的（最多為組成晶體原子數(shù)的 2 倍）o3）能帶

3、全部裝滿電子為滿帶，沒有電子為空帶，兩者都不對導(dǎo)電作貢獻(xiàn)；能帶沒有填滿為未滿帶，其中電子在外電場作用下能改變狀態(tài)，對導(dǎo)電作貢獻(xiàn)。 晶體（單晶體、多晶體）的基本概念，晶體與非晶體的區(qū)別。 晶體：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）在三維空間呈周期重復(fù)排列的固體。單晶體：質(zhì)點(diǎn)按同一取向排列。由一個(gè)核心（稱為晶核）生長而成的晶體。 多晶體：由許多不同位向的小晶體（晶粒）所組成的晶體。多晶體一般顯示出各向同性一一假等向性。 固態(tài)物質(zhì)按其原子（或分子）的聚集狀態(tài)而分為兩大類：晶體與非晶體 晶體 非晶體 原子排列 規(guī)則排列 素亂分布 熔點(diǎn) 有固定熔點(diǎn) 沒有明顯的熔點(diǎn) 性能 各向異性 各向同性 空間點(diǎn)陣與晶胞、晶面

4、指數(shù)、晶面間距的概念，原子的堆積 方式和典型的晶體結(jié)構(gòu)。 空間點(diǎn)陣：呈周期性的規(guī)則排列的陣點(diǎn)所形成的具有等同的周圍環(huán)境的三維陣列。 晶胞：在空間點(diǎn)陣中，能代表空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)單元，反映品格特征的最小幾何單元。 晶面指數(shù)：代表一組平行的晶面。為了便于研究和表述不同晶面原子排列的情況及其在空間的位向，需要確定一種統(tǒng)一的表示方法來表示晶面，稱為晶面指數(shù)。 晶面間距：兩近鄰平行晶面間的垂直距離。 晶體中原子堆積方式： 1）面心立方結(jié)構(gòu)是以其最密排面111每三層就重復(fù)堆積，按 ABCABC 的次序堆積起來的。 2）密排六方結(jié)構(gòu)也是一種密堆積，它的（001）面和面心立方111面具有相同的最緊密排列方

5、式，（001）面每兩層就重復(fù)堆垛，即（001）面按 （ABABAB）的順序堆垛， 3）體心立方結(jié)構(gòu)是以其最密排面111每三層就重復(fù)堆積，按 ABCABC 的次序堆積起來的。 4）簡單立方結(jié)構(gòu)是以其最密排面111每三層就重復(fù)堆積，按 ABCABC 的次序堆積起來的。 典型的晶體結(jié)構(gòu)：面心立方結(jié)構(gòu)；體心立方結(jié)構(gòu)；密排六方結(jié)構(gòu)；簡單立方, 表面信息獲取的主要方式及基本原理。 表面信息的獲?。河煤赡艿碾娮?、離子、光子作探針”，根據(jù)入射粒子和出射粒子之間的類型轉(zhuǎn)換、能量變化、粒子的分布等關(guān)系，可以獲取表面的信息。 基本原理：以荷能電子作探針，當(dāng)電子與表面作用后，能從表面激發(fā)出電子、離子和光子。采用相應(yīng)的

6、儀器可測量這些激發(fā)粒子的能量分布和角度分布，然后推算出表面原子排列、成分、缺陷、原子價(jià)態(tài)等信息，這就是目前各類表面分析的基本原理。 為什么 XPSXPS 可獲得表面信息，而 X X 射線衍射只能獲得體信 息？ 一次由f 離子 木世3V星照 IIIIn 光電干 /二次電子 俄啾電子 X 射線與物質(zhì)相互作用時(shí)，會(huì)發(fā)生一系列效應(yīng)。其中，X 射線從物質(zhì)中激發(fā) 出光電子被應(yīng)用于XPS中，而 X 射線的相干散射被應(yīng)用于 X 射線衍射中。XPS 方法以 X 射線光電子的能量來鑒別化學(xué)元素，而 X 射線光電子在逸出的路上自由程很短，實(shí)際能探測的信息濃度只有表面幾個(gè)至十幾個(gè)原子層，因而 XPS 可獲取表面信息。

7、而 X 射線信號產(chǎn)生的深度和廣度較大，同時(shí)有表面信號與體信號，體信號的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于表面信號，所以只能獲得體信息。 利用光電子能譜（XPSXPS）和俄歇電子能譜（AugerAuger）進(jìn)行表面 分析的基本原理和應(yīng)用范圍。 XPS ALS 基本 原理 在X射蛇的作用下，電予從物質(zhì)原子中跛激發(fā)出來成為光電小.由于各神除子軌道中電了的結(jié)合能是定的,為各種元素的特征,因此可以根據(jù)光電子的能值來鑒別化學(xué)L慫涮量光電產(chǎn)能疝和強(qiáng)度分布,從而得到樣品的綱成信息. 高能電子束與樣品作用產(chǎn)生俄航電子激發(fā),只有樣品表面的俄歌電子能成功逸出.分析俄歇電子的能量，強(qiáng)度，峰的寬度，可獲得元素種類.含量與分布、以及化學(xué)態(tài)等信息

8、. 應(yīng)用范圍 1）定性分析：珈是反映犀子種類和飾態(tài)的特征量.在入射光子能量so已加的前提下 , 只 要 測 定 發(fā) 射 出 的 光 電 子 動(dòng) 能（EQ，或能確定光電予緒介能日日），從而判定表面成份及價(jià)去 n 2）定量分析：根據(jù)光電子能譜的峰找強(qiáng)暖峰的視分面積） 可求存樣品中各元素的相對含域. 3）表面能帶研究；當(dāng)入射光子能量大于21電子伏時(shí).光電子發(fā)射的能量分布可以看作是價(jià)帶能態(tài)密度分布 4）表面氧化與吸附研究：表面氧化后.XPS譜線將發(fā)生化學(xué)位秘 D定性分析:俄歌電子具有特定的能量,在實(shí)驗(yàn)中逋常把假歇電r能增的負(fù)嵯的最小值定義為讀元素的特征能量.在做元素定性分村時(shí)，只要把記錄到的俄歌電子峰

9、的能比與已知元點(diǎn)的i制隹加以時(shí)照，效可以確定元素的仲類（1 2）定量分析： 根據(jù)俄歐電流的大小來測定表面元素的相對含量 3）化學(xué)狀態(tài)分析： 離子的化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，俄歇電子能譜也能觀察到化學(xué)位移。 4）深度剖面分析 透射電子顯微鏡有哪幾種工作模式，它們可獲得材料的什么信息。 .作模式 影像模式 衍射模式 J 獲取的信息 可得到樣品的形貌襯度像.具體有（1）振幅襯度：明場像（利用透射電子束） ； 暗場像 （利用衍射電子束）6 相位村度：同時(shí)利用透射電子束叮衍射電戶束 通過透射電子顯微鏡的電子力射譜，”得到材料的結(jié)構(gòu)信息：晶體點(diǎn)陣的類型和點(diǎn)陣常數(shù)；晶體的相對方位和取向；力晶粒的尺寸大小、李晶等相

10、關(guān)的晶體缺陷的顯微結(jié)構(gòu)信息. 掃描電子顯微鏡的二次電子像和背反射電子像的成像原理。 二次電子成像原理：二次電子的產(chǎn)額與入射電子束與樣品表面法線的夾角9 有關(guān)，與 cos8 成反比，入射電子強(qiáng)度一定的情況下，由二次電子的信息可得入射點(diǎn)處的形貌信息。入射電子束在樣品上掃描，收集二次電子的信息，可得到樣品的形貌圖像。 背反射電子成像原理：入射電子束打到樣品上，存在一部分與入射電子能量相當(dāng)?shù)姆瓷浠貋淼碾娮?，而且反射電子的?qiáng)度與樣品表面原子的序數(shù)有關(guān)，隨原子序數(shù)的增大而緩慢提高，存在比例關(guān)系。入射電子束在樣品上掃描，收集背反射電子的信息，可得到樣品的成分襯度圖像。 說明電子束技術(shù)的基本特征，舉出幾種利用

11、電子束的波動(dòng)性 和粒子性的分析技術(shù)。 電子束的基本特征：1）電子源容易獲得。2）檢測容易。3）電子對所有元素都有較強(qiáng)的相互作用，具散射幾率比 X 射線大幾個(gè)數(shù)量級。4）近代電子束的聚焦技術(shù)好，分辨率較高。5）電子束不會(huì)導(dǎo)致高真空環(huán)境的污染。 利用電子的波動(dòng)性的分析技術(shù)：1）透射電子顯微鏡（TEM）。2）低能電子衍射（LEED）。3）高能電子衍射（HEED） 利用電子的粒子性的分析技術(shù)：1）紫外光電子能譜（UPS）。2）俄歇電子譜（AES）o3）X 射線光電子能譜（XPS）。4）掃描電子顯微鏡（SEM）。 什么是電子結(jié)合能的位移？價(jià)帶能態(tài)密度可采用什么方法測 試，簡述其原理。 電子結(jié)合能位移：原

12、子內(nèi)殼層電子的結(jié)合能受到核內(nèi)、外電荷分布的影響。 任何引起這些電荷分布發(fā)生變化的因素，都可能使原子內(nèi)殼層電子的結(jié)合能產(chǎn)生變化，在光電子能譜圖上可以看到光電子譜峰的位移，這種現(xiàn)象稱為電子結(jié)合能位移。 價(jià)帶能態(tài)密度可用 XPS 測試。固體價(jià)帶中的電子狀態(tài)的能量分布由能態(tài)密度來表示，某一能量 X 射線光電子的數(shù)量與對應(yīng)能量的表面能態(tài)密度成正比， 當(dāng)入射光子能量大于 21eV 時(shí)，光電子發(fā)射譜的能量分布可以看作是價(jià)帶能態(tài)密度分布。 表面的定義。什么是清潔表面和實(shí)際表面？ 表面：兩種不同相的交界區(qū)域稱為表面。通常指凝聚相與氣相、液相的界面，不是幾何意義上的平面，具有一定的過度區(qū)。 清潔表面：清潔表面是指

13、反映材料本征特性的表面。它應(yīng)當(dāng)是在經(jīng)腐蝕、解理、離子刻蝕等處理，除去吸附層、氧化層、表面損傷層后的表面。只能在高真空環(huán)境下依存的表面。 實(shí)際表面：經(jīng)過一定處理后，保存在通常環(huán)境下的固體表面。 理想表面：將一無限大的晶體分成兩部分所形成的表面。表面的原子排列與 體內(nèi)完全一致，這就是通常物理學(xué)、化學(xué)學(xué)所討論的裝面”。 什么是表面的 TLKTLK 模型？表面缺陷產(chǎn)生的原因是什么？ 表面不是原子級的平坦，上面有平臺(tái)（Terra*,臺(tái)階（Ledge）和扭曲（Kink）,這種方式描述表面，稱為 TLK 模型。 表面缺陷產(chǎn)生的原因：由熱力學(xué)定律，溫度高于絕對零度（0K）時(shí)，所有物理系統(tǒng)的嫡（S）都不為零。系

14、統(tǒng)的自由能（F）與內(nèi)能（U）、嫡（S）和絕對溫度（T）關(guān)系為：F=U-TSo 系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是自由能最小。有兩種情況：1,當(dāng)內(nèi)能 U 減小時(shí)，即原子排列整齊；2,當(dāng)?shù)?S 增大時(shí)，既系統(tǒng)混亂度增加，原子排列混亂；特別是在溫度較高時(shí)，S 的影響更大。 什么是表面弛豫和表面重構(gòu)？畫出表面弛豫和表面重構(gòu)的原子排列圖 理想晶體表面具有二維周期性，其單位網(wǎng)格由基矢決定。由于表面原子受力的情況與體內(nèi)不同，或由于有外來原子的吸附，最表面層原子常會(huì)有垂直于或傾斜于表面的位移，表面以下的數(shù)層原子也會(huì)有垂直或傾斜于表面的位 圖5-13各種表面示意圖 （G 理想裹面（h）鼬足（c）吸構(gòu) 為什么表面原子排列與體內(nèi)不同

15、，請比較重構(gòu)與馳豫的異同， 弁解釋 SiSi（111111）2X12X1 重構(gòu)的成因。 由于表面處原子排列突然中斷，如果在該處原子仍按照內(nèi)部方式排列，則勢必會(huì)增加系統(tǒng)的自由能。因此，表面附近的原子排列就會(huì)進(jìn)行調(diào)整，以減小其表面能，使系統(tǒng)穩(wěn)定。 重構(gòu)與弛豫的異同：相同點(diǎn)：都是為了降低表面能，表面層原子排列情況的變化。不同點(diǎn)：對于馳豫，表面原子只有垂直于表面的運(yùn)動(dòng)；對于重構(gòu)，表面原子有垂直或傾斜于表面的位移 Si（111）2X1 重構(gòu)的成因： 納米材料有哪些效應(yīng)？ 1）小尺寸效應(yīng)：當(dāng)納米材料結(jié)構(gòu)單元的尺寸與光波波長，德布羅意波長，以及超導(dǎo)體的相干長度，穿透深度等物理特征尺度相當(dāng)時(shí)，其內(nèi)部晶體周期性

16、邊界條件將被破壞。導(dǎo)致特征光譜移動(dòng)，磁序改變，超導(dǎo)相破壞，結(jié)構(gòu)發(fā)生非熱力學(xué)結(jié)構(gòu)相變等。 2）量子尺度效應(yīng)：當(dāng)納米材料結(jié)構(gòu)單元某一位上的尺寸下降到某個(gè)值時(shí)候，費(fèi)米面附近的電子能量譜由準(zhǔn)連續(xù)到離散，表面結(jié)構(gòu)和電子態(tài)急劇變化，能隙變寬，處于分移，這種現(xiàn)象為表面重構(gòu)面弛豫。 如果表面原子只有垂直于表面的運(yùn)動(dòng)，則稱為表 ooOOOOOOOOOO 88888 OOooQO oooooO 3 OO OO O。 OOOO oooo oOOO (C) 享的量子化能級中的電子波動(dòng)使其產(chǎn)生一系列反常。 例如，導(dǎo)電的金屬在超微顆粒時(shí)可以變成絕緣體，磁矩的大小和顆粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關(guān)，比熱亦會(huì)反常變化，光譜線會(huì)產(chǎn)

17、生向短波長方向的移動(dòng)，這就是量子尺寸效應(yīng)的宏觀表現(xiàn)。 3）表面效應(yīng)：指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨著粒子尺寸的減小而大幅度的增加，粒子的表面能及表面張力也隨著增加，從而引起納米粒子物理、化學(xué)性質(zhì)的變化。 4）宏觀量子隧道效應(yīng)：納米材料中發(fā)現(xiàn)一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應(yīng)。 5）庫侖堵塞效應(yīng)：納米體系的充放電時(shí)，電子不能集體傳輸，而是一個(gè)一個(gè)單電子的傳輸。 6）介電限域效應(yīng)：由納米微粒分散在異質(zhì)介質(zhì)中由于界面引起的體系介電增強(qiáng)的現(xiàn)象 說明表面張力和表面自由能分別用于什么情況。解釋表面吸 附對表面自由能的影響。如何測試材料的表面自由能，簡述 其

18、基本原理。 對于液體來說，表面張力等于表面自由能，而對于固體來說，表面張力取決于在表面的方向和表面的確切的晶體結(jié)構(gòu)。因此，表面張力用于涉及到液相的表面，而對于涉及到固相時(shí)，采用表面自由能。 晶體的自由表面雖然由于原子弛豫、表面重構(gòu)等效應(yīng)，使斷鍵飽和，但仍處于高能狀態(tài)。將通過吸附等效應(yīng)進(jìn)一步降低表面能。 對于高表面能的物質(zhì)（如金屬等），表面活性物質(zhì)對表面能的影響較大。一般低表面能物質(zhì)吸附在高表面能物質(zhì)表面，將顯著降低其表面能；而高表面能物質(zhì)吸附在低表面能物質(zhì)表面，則對表面能影響不大，因?yàn)檫@種情況下，表面的吸附濃度較低。 表面自由能表測試方法： 1）結(jié)合能：測量分開兩個(gè)相同的接觸到無限分離所需要的

19、能量，由關(guān)系： Wc=2K 其中丫就是表面能），范德堡方法，Wc=2。得丫其 12二H024二H0 中 A11為 Hamaker 常量；Ho的值在液體原子間的表面約為 0.165nm,在因體原子之間在表面處是 0.3nm 2）通過液體與固體表面的接觸角：由關(guān)系 Cos8=1-0（l-件） 其中： 8為接觸角； B 為 0.030.04; T 為液體表面張力； r 為特定表面張力 測試不同 Y液體的接觸角8作曲線，外推到9=（,可到的丫值 什么是晶體材料的易生長品面，它與什么因素有關(guān)？NaClNaCl 為簡立方晶體，它的易生長品面是什么？ 晶體材料的易生長晶面是指晶體表面張力大，生長速度相對最大

20、晶面。 易生長晶面與晶體材料表面的取向（即晶面的類型）有關(guān)。而晶體生長速度的幾種主要的外部因素：渦流，溫度，雜質(zhì)，粘度，結(jié)晶速度。 NaCl 簡單立方晶體易生長面；由Wulff 定律，晶體（111）晶面表面張力最大，自由能最小， 對外來原子的引力最大， 生長速度最快， 為晶體的易長晶面。 分析過程：（100）晶面的網(wǎng)面上結(jié)點(diǎn)密度最大，網(wǎng)面間距也最大，網(wǎng)面對外來質(zhì)點(diǎn)的引力小，生長速度慢，晶面橫向擴(kuò)展，最終保留在晶體上；（110）晶面次之；（111）晶面的網(wǎng)面上結(jié)點(diǎn)密度最小，網(wǎng)面間距也就小，網(wǎng)面對外來質(zhì)點(diǎn)引力大，生長速度最快，橫向逐漸縮小以致晶面最終消失。 表面態(tài)的產(chǎn)生原因和種類，它對材料性能有何

21、影響？ （1）表面態(tài)是由于表面原子排列的中斷或畸變而產(chǎn)生在表面區(qū)的一些附加的、在體內(nèi)不可能存在的一些能級或能帶，有 Tamm 態(tài)和 Shockley 態(tài)。 （2）表面態(tài)產(chǎn)生的原因：原子在表面周期性排列的改變，缺陷，吸附外來原子，晶格失配，應(yīng)力畸變，污染等。 （3）表面態(tài)對材料的老化，器件的性能和可靠性等會(huì)產(chǎn)生重要影響，特別是當(dāng)器件尺寸越來越小，表面占據(jù)的比例就越來越大。具體表現(xiàn)如下：空間電荷，表面電導(dǎo)，少數(shù)載流子的壽命與復(fù)合，金屬半導(dǎo)體的接觸勢壘形狀與高度，異質(zhì)結(jié)的勢壘形狀與高度。 形成空間電荷區(qū)的原因和表面空間電荷區(qū)的類型。 1）形成空間電荷區(qū)的原因：表面空間電荷區(qū)的形成主要是由于表面存在表

22、面電場，而表面電場產(chǎn)生的原因如下： a,表面態(tài)的影響：由于表面態(tài)與體內(nèi)電子態(tài)之間交換電子，結(jié)果產(chǎn)生了垂直于表面的電場。表面費(fèi)米能級 EFS,體費(fèi)米能級 EF,EFS生F,這樣表面與體內(nèi)將發(fā)生電子（空穴）的交換，產(chǎn)生空間電荷區(qū)。 b,功函數(shù)白差異：WsWm,于是有 EFSEFm,形成金半電場；同理，如果，WsWm,于是有 EFSEFm,形成半金電場 C,氧化層中的雜質(zhì)離子。 d,外加偏壓。 2）類型：P 型半導(dǎo)體： a,VG0,VS0 時(shí)，能帶上彎，多子耗盡；d,VG0 時(shí)，反型，少子堆積。 N 型半導(dǎo)體： a,VG0,VS0 時(shí)，多子堆積；b,VG=0,VS=0 時(shí)，平帶 c,VG0,VS0

23、時(shí)，多子耗盡；d,VG0,VS0,能帶下彎，表面多子堆積； (2) VG=0,VS=0,平帶; (3) VG0,VS0,能帶上彎，多子耗盡； (4) VGWs,形成表面勢壘。在勢壘區(qū)，空間電荷主要由電場作用形成， 電子濃度比體內(nèi)小的多， 是一個(gè)高阻區(qū)域， 稱之為阻擋層(肖特基勢壘)。若 Wm0 使能帶下彎曲，這里的電子濃度比體內(nèi)的大多了，是一個(gè)高電導(dǎo)區(qū)，即歐姆接觸區(qū)。當(dāng)與 P 型半導(dǎo)體接觸時(shí)，若 WmWs形成歐姆接觸。 實(shí)際情況：由于表面態(tài)濃度比較大，最終使 EF向（EF）S靠近，這就是表面費(fèi)米能級的釘扎作用。實(shí)際接觸的勢壘高度由界面態(tài)勢壘決定，對于許多半導(dǎo)體材料，它們位于禁帶寬度 1/3 處

24、，這個(gè)界面態(tài)勢壘始終存在，這就是導(dǎo)致實(shí)際和理論上的差別的根本原因。 試分析多晶 ZnOZnO 材料中具有雙向整流效應(yīng)的 I I- -V V 特性曲線與 界面電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。 由于氧化鋅晶界區(qū)存在晶界相，所以它的晶界區(qū)勢壘較厚；在低偏壓時(shí)，勢壘隨電壓變化小，電導(dǎo)的主要形式是熱電子發(fā)射，隧道效應(yīng)很弱。隨著電壓增加，出現(xiàn)弱反型；當(dāng)電壓超過某一個(gè)值后，能帶彎曲很大，出現(xiàn)強(qiáng)反型。表面區(qū)空穴濃度很高，通過復(fù)合中心傳導(dǎo)電流，界面態(tài)上的電子會(huì)通過隧道效應(yīng)道進(jìn)入右邊，所以電流迅速增大。 多晶 ZnO 材料中“ZnOhj 粒-晶界-ZnO 晶?！笨梢暈閷ΨQ的結(jié)構(gòu)，即雙向的 I-V 曲線對稱。 什么是表面吸附與偏析

25、？ 吸附：吸附屬于一種傳質(zhì)過程，當(dāng)流體與固體接觸時(shí)，由于受到固體表面的不飽和力場的作用，流體中某一組分或多個(gè)組分在固體表面處產(chǎn)生積蓄，使物質(zhì)在表面外的濃度增大，此現(xiàn)象稱為吸附。也指物質(zhì)（主要是固體物質(zhì)）表面吸住周圍介質(zhì)（液體或氣體）中的分子或離子現(xiàn)象。 偏析：指液相或固溶體中的原子（分子）在固-固、固-液界面上富集，即液相或固溶體中質(zhì)原子在界面上的濃度大于其基相。 比較化學(xué)吸附與物理吸附， 弁畫出它們的吸附能曲線； 什么是快化學(xué)吸附和慢化學(xué)吸附? 物理吸附與化學(xué)吸附的比較 吸附性質(zhì) 物理吸附 化學(xué)吸附 作用力 范德華力 剩余價(jià)鍵力 吸附熱（能） 小 大 選擇性 無選播性 有選擇性 吸附速度 快

26、：幾乎不妾活化能 較慢：大考需要活化能 形成吸附層 單分子或%分子吸附員 只能出成單分子吸用層 能量曲線: 吸附速度：ka=k0exp EB0,需要激活，活化化學(xué)吸附（慢化學(xué)吸附） EB磅,不需要激活，非活化化學(xué)吸附（快化學(xué)吸附） 請解釋第 IVIV 型吸附等溫線。 1）低壓下上凸表明吸附物質(zhì)和吸附劑有相當(dāng)強(qiáng)的親和力，并且也易確定像在 R 類等溫線 B 點(diǎn)的位置（相當(dāng)于蓋滿單分子層時(shí)的飽和吸附量） 2）壓力的增加，又由多層吸附逐漸產(chǎn)生毛細(xì)管凝結(jié)，吸附量劇增 3）最后又由于毛細(xì)孔中均裝滿吸附物，吸附量不再增加，等溫線又平緩起來 N N 型半導(dǎo)體表面吸附氧后它的表面電導(dǎo)和表面能帶如何變化？ N 型

27、半導(dǎo)體表面，隨溫度升高，先是導(dǎo)致電子濃度增加，電阻下降；后來晶 粒表面吸附氧，使得物理吸附變?yōu)榛瘜W(xué)吸附，Oz+4e=2O2一（一個(gè)氧氣分子 加 2 個(gè)電子兩個(gè)負(fù) 2 價(jià)氧離子）載流子數(shù)目減小，電阻上升（電導(dǎo)下降），表面由于多子堆積，變成耗盡層。 空氣申 時(shí)間 水在 N N 型半導(dǎo)體表面吸附后對電導(dǎo)和能帶會(huì)發(fā)生哪些影響？ N 型半導(dǎo)體吸附水氣之后，氫從導(dǎo)帶中抽出電子，表面形成耗盡層，故材料的電阻率增加。N 型半導(dǎo)體吸附水氣后，勢壘增高，電阻增大，直到成為強(qiáng)反型層；由于強(qiáng)反型層內(nèi)有自由載流子空穴的存在，所以材料的電阻率將隨水氣的吸附而減小。 擴(kuò)散有哪些微觀機(jī)制？具激活能與擴(kuò)散速度有何不同？ 由構(gòu)成

28、物質(zhì)的微觀粒子（離子、原子、分子）的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的物質(zhì)遷移現(xiàn)象稱為擴(kuò)散。 擴(kuò)散微觀機(jī)制：空位機(jī)制，間隙機(jī)制，復(fù)合機(jī)制，環(huán)形機(jī)制。間隙機(jī)制：原子在點(diǎn)陣的間隙位置間躍遷面導(dǎo)致的擴(kuò)散。 間隙擴(kuò)散只要能夠擠到另一個(gè)填隙位置就完成一個(gè)擴(kuò)散過程，需要的能量很 小，擴(kuò)散速度比較快； 空位機(jī)制：必須原子前面出現(xiàn)空位時(shí)，才有可能進(jìn)入空位改變它的位置，等待前面又出現(xiàn)了空位后它又可能再向前移動(dòng)一步。需要一定的激活能，消耗的畸變能不大，容易擴(kuò)散； 交換機(jī)制：原子的擴(kuò)散是相鄰兩原子直接對調(diào)位置，所需的激活能比前兩者大得多，擴(kuò)散速度也更慢。 環(huán)形機(jī)制：同一晶面上距離相等的 n 個(gè)原子可以同時(shí)輪換位置以構(gòu)成擴(kuò)散 試比較原子

29、在表面、品界、相界、品內(nèi)擴(kuò)散的方式、速度的異同？ 表面擴(kuò)散：跳躍式和替位式是兩種主要擴(kuò)散方式。其擴(kuò)散的類型：（1）表面區(qū) 濃度梯度引起的擴(kuò)散（2）毛細(xì)管效應(yīng)引起的擴(kuò)散 相界擴(kuò)散：一般稱基爾肯特（Kirkendall）擴(kuò)散，由于原子間擴(kuò)散速度不等，可能發(fā)生兩種情況：（1）導(dǎo)致界面移動(dòng)，產(chǎn)生疏孔和隴起物。（2）通過相互擴(kuò)散生成金屬間化合物，如 Au-Al 鍵合時(shí)生成的紫斑（AuAl2）等。 品界擴(kuò)散：擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散時(shí)間的關(guān)系，晶界擴(kuò)散分為三種類型 A.對應(yīng)于體擴(kuò)散系數(shù)較大的情況：雜質(zhì)沿晶粒和晶界都發(fā)生擴(kuò)散，基本上雜質(zhì)是均勻擴(kuò)散的。B.為體內(nèi)擴(kuò)散慢，晶界擴(kuò)散快的情況：這種擴(kuò)散使雜質(zhì)包裹在晶界上。C.

30、對應(yīng)于晶粒擴(kuò)散非常小的情況：雜質(zhì)全部通過晶界往體內(nèi)擴(kuò)散，熱 處理雜質(zhì)快速污染材料的可能機(jī)理、 什么是 KirkendallKirkendall 擴(kuò)散，其發(fā)生會(huì)導(dǎo)致何種后果？ 一般稱分界面上原子間產(chǎn)生的相互擴(kuò)散為 Kirdenkall（基爾肯特）擴(kuò)散。由于原子間擴(kuò)散速度不等， 可能發(fā)生兩種情況：1,導(dǎo)致界面移動(dòng)，產(chǎn)生疏孔和隴起物 2,通過相互擴(kuò)散生成金屬間化合物 kirkendall 擴(kuò)散在一般情況是通過體擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散來進(jìn)行的，只有在溫度較高和時(shí)間較長時(shí)才明顯，它造成的后果對界面的強(qiáng)度、附著力、噪聲、接觸電阻和抗腐蝕性等有重要影響。 固相反應(yīng)的發(fā)生是如何進(jìn)行的？反應(yīng)速度的快慢影響因素有 哪些？

31、 周相反應(yīng)指所有包含固相物質(zhì)參加的化學(xué)反應(yīng)，包括固-固相反應(yīng)，固-液相反應(yīng)，固-氣相反應(yīng)等。固相反應(yīng)也可能發(fā)生在單一周相內(nèi)部，如均相反應(yīng)。 第一步：開始時(shí)，A 晶格中的原子在反應(yīng)驅(qū)力 F 驅(qū)動(dòng)下，原子鍵合斷裂，形 成 A 原子流 JA向 B 晶格擴(kuò)散。類似過程也會(huì)在 B 晶格中發(fā)生。 第二步：經(jīng)過一段時(shí)間后，A、B 原子在界面處發(fā)生反應(yīng)生成 ABp,AB 界面標(biāo)志為A/AaByB,ABB是一種新化合物。 影響反應(yīng)速度的因素有：原子的擴(kuò)散速度，原子鍵斷裂速度。 有兩種情況： 1,若原子擴(kuò)散遠(yuǎn)比晶格中 A 原子與 B 原子的鍵的斷裂快，此時(shí)，新相形成速度受制于原子 A 與原子 B 在各自品格中鍵合的斷裂速度， 這種過程稱為反應(yīng)控制， 其生長厚度X 與時(shí)間的關(guān)系為 Xoct0 2,反之，若反應(yīng)過程比擴(kuò)散過程快得多，則形成新相的速度取決于擴(kuò)散速度。稱擴(kuò)散控制