材料表面科學(xué)

第1章引論.1
1.1材料表面1
1.1.1表面的定義1
1.1.2材料表面的基本特性2
1.2技術(shù)學(xué)科群中的材料表面4
1.2.1經(jīng)典熱電離發(fā)射4
1.2.2化學(xué)工業(yè)中催化材料表面4
1.2.3信息學(xué)科中的半導(dǎo)體表面5
1.2.4薄膜材料表面與界面5
1.2.5機(jī)械學(xué)科中的摩擦表面6
1.2.6能源和環(huán)境中的材料表面6
1.3本書主題內(nèi)容7
1.3.1材料表面特性的研究主題8
1.3.2材料表面問(wèn)題實(shí)驗(yàn)研究方法簡(jiǎn)評(píng)9
1.4材料表面科學(xué)的形成與發(fā)展11
1.4.1Langmuir的貢獻(xiàn)11
1.4.2材料表面科學(xué)形成的背景11
1.4.3材料表面科學(xué)未來(lái)的發(fā)展空間14
參考文獻(xiàn)15
第2章材料表面原子遷移擴(kuò)散17
2.1概述17
2.1.1材料表面穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和原子遷移擴(kuò)散17
2.1.2表面原子穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的客觀表述18
2.1.3理想表面19
2.1.4真實(shí)表面19
2.1.5材料尺度和原子的遷移特性26
2.2表面缺陷及擴(kuò)散機(jī)制27
2.2.1表面缺陷與TLK模型27
2.2.2表面原子擴(kuò)散機(jī)制29
2.2.3隨機(jī)行走模型30
2.3表面原子擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)研究30
2.3.1Müller的貢獻(xiàn)31
2.3.2表面多原子.分子遷移擴(kuò)散37
2.3.3表面擴(kuò)散問(wèn)題的復(fù)雜性43
2.4薄膜生長(zhǎng)和表面原子遷移擴(kuò)散45
2.4.1金屬表面外延生長(zhǎng)46
2.4.2外延生長(zhǎng)方式及AES信號(hào)強(qiáng)度46
2.4.3表面能與生長(zhǎng)模式48
2.4.4薄膜生長(zhǎng)中的原子過(guò)程52
2.5原子遷移與擴(kuò)散推動(dòng)力54
2.5.1經(jīng)典濃差擴(kuò)散54
2.5.2表面電遷移56
2.5.3覆蓋層電遷移問(wèn)題的處理63
2.5.4電遷移過(guò)程中的界面反應(yīng)65
參考文獻(xiàn)72
第3章材料表面電子結(jié)構(gòu)76
3.1概述76
3.1.1從原子軌道分裂能級(jí)到固體能帶76
3.1.2三維晶體電子結(jié)構(gòu)和Bloch波函數(shù)76
3.1.3Tamm對(duì)表面電子結(jié)構(gòu)的理論證明78
3.1.4表面態(tài)的定性理解80
3.1.5費(fèi)米能EF及費(fèi)米分布函數(shù)F(E)82
3.1.6狀態(tài)密度83
3.2金屬表面電子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)85
3.2.1表面附近電荷密度分布85
3.2.2逸出功85
3.3半導(dǎo)體表面電子結(jié)構(gòu)96
3.3.1表面附近電子的能級(jí)關(guān)系96
3.3.2逸出功和費(fèi)米能97
3.3.3吸附對(duì)表面費(fèi)米能級(jí)的影響99
3.3.4費(fèi)米能級(jí)的動(dòng)態(tài)變化及釘扎100
3.3.5空間電荷層105
3.3.6空間電荷層分類107
3.3.7金屬-半導(dǎo)體接觸界面電子結(jié)構(gòu)108
3.4金屬氧化物表面電子結(jié)構(gòu)110
3.4.1過(guò)渡金屬前金屬化合物111
3.4.2過(guò)渡金屬后金屬化合物114
3.4.3過(guò)渡金屬氧化物表面電子結(jié)構(gòu)121
3.5納米材料表面電子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介125
3.5.1從表面說(shuō)起126
3.5.2納米粒子是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的新形態(tài)127
3.5.3納米粒子的電子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)127
參考文獻(xiàn)135
第4章表面原子幾何結(jié)構(gòu)及其測(cè)定——二維結(jié)晶學(xué)及低能電子衍射139
4.1理想晶面139
4.1.1晶體表面原子排列的一般特征139
4.1.2二維結(jié)晶學(xué)研究?jī)?nèi)容142
4.1.3二維Bravais格子144
4.1.4四個(gè)晶系144
4.1.5二維（表面）結(jié)構(gòu)表示145
4.1.6臺(tái)階表面結(jié)構(gòu)表示148
4.2二維倒易點(diǎn)陣150
4.2.1基本概念150
4.2.2正.倒格子的幾何關(guān)系151
4.2.3實(shí)空間和倒易空間Bravais格子152
4.3表面結(jié)構(gòu)測(cè)定153
4.3.1低能電子衍射154
4.3.2衍射方程155
4.3.3Eward球156
4.3.4正.倒格子相互表示156
4.3.5吸附層結(jié)構(gòu)測(cè)定實(shí)例157
4.3.6吸附層原子幾何結(jié)構(gòu)160
4.3.7孤立的吸附原子或分子161
4.3.8LEED衍射圖的實(shí)用價(jià)值162
4.4衍射電子束強(qiáng)度測(cè)量和LEED定量分析162
4.4.1I-V曲線162
4.4.2實(shí)驗(yàn)技術(shù)165
4.4.3計(jì)算程序165
4.4.4LEED定量分析應(yīng)用及限制166
4.5晶體陶瓷表面結(jié)構(gòu)的一些特點(diǎn)166
4.5.1陶瓷晶體表面的基本結(jié)構(gòu)167
4.5.2金屬氧化物晶體表面169
4.6碳化物表面結(jié)構(gòu)173
4.7氮化物表面結(jié)構(gòu)174
參考文獻(xiàn)176
第5章表面化學(xué)元素組成的測(cè)定——俄歇電子譜179
5.1引言179
5.1.1電子束與固體表面相互作用,俄歇效應(yīng)179
5.1.2俄歇電子譜儀的形成181
5.1.3俄歇譜的特點(diǎn)181
5.1.4俄歇電子譜儀的發(fā)展182
5.2俄歇電子譜工作原理184
5.2.1俄歇躍遷及俄歇電子發(fā)射184
5.2.2兩種退激發(fā)機(jī)制185
5.2.3俄歇躍遷命名及分類186
5.2.4俄歇電子產(chǎn)額187
5.3俄歇電子動(dòng)能及元素定性分析188
5.3.1理論計(jì)算188
5.3.2經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式189
5.3.3AES定性分析189
5.4AES定量分析及有關(guān)參數(shù)191
5.4.1電離截面192
5.4.2非彈性散射及AES分析深度193
5.4.3逃逸深度及相關(guān)概念193
5.4.4AL和IMFP的定量計(jì)算195
5.4.5背散射電子的影響197
5.4.6俄歇靈敏度因子及定量分析199
5.5俄歇電子譜儀的工作模式及其信息內(nèi)容202
5.5.1掃描俄歇微探針202
5.5.2一般測(cè)定模式202
5.5.3點(diǎn)分析203
5.5.4線掃描205
5.5.5俄歇圖206
5.5.6深度剖析206
5.6俄歇化學(xué)位移及線形分析215
5.6.1AES譜峰能量位移215
5.6.2俄歇線形分析216
參考文獻(xiàn)218
第6章表面元素組成及其化學(xué)態(tài)表征——X射線光電子譜222
6.1概述222
6.2X射線光電子譜儀及其發(fā)展..225
6.2.1X射線源226
6.2.2能量分析器230
6.2.3檢測(cè)器231
6.2.4能量基準(zhǔn)231
6.2.5荷電效應(yīng)232
6.2.6成像XPS233
6.3X射線光電子譜基本原理239
6.3.1電子的能級(jí)特性和光電發(fā)射定律239
6.3.2光電子發(fā)射過(guò)程中的相互作用240
6.3.3構(gòu)成XPS譜的基本物理因素241
6.4初態(tài)效應(yīng)和化學(xué)位移242
6.4.1化學(xué)位移243
6.4.2不均勻本底XPS譜峰展寬247
6.4.3微分荷電與結(jié)合能位移248
6.4.4化學(xué)位移的復(fù)雜性249
6.5終態(tài)效應(yīng)及其伴峰249
6.5.1終態(tài)效應(yīng)的起源250
6.5.2多重分裂250
6.5.3震激與震離253
6.5.4等離子激元和能量損失譜254
6.5.5俄歇伴峰及XAES信息價(jià)值256
6.6AD-XPS表面分析技術(shù)260
6.6.1AD-XPS工作原理260
6.6.2AD-XPS深度剖析,最大熵法262
6.6.3AD-XPS技術(shù)與薄膜厚度測(cè)量266
6.7XPS價(jià)帶譜266
6.7.1金屬氧化物電子結(jié)構(gòu)267
6.7.2非計(jì)量比和電子特性轉(zhuǎn)化267
6.7.3聚合物XPS價(jià)帶譜268
6.8XPS定量分析及相關(guān)問(wèn)題272
6.8.1定量分析基本方程272
6.8.2相對(duì)靈敏度因子法275
6.8.3背底扣除和強(qiáng)度測(cè)定276
6.9譜峰擬合及峰形分析279
6.10主元分析281
參考文獻(xiàn)283
第7章材料表面分子結(jié)構(gòu)表征——靜態(tài)次級(jí)離子質(zhì)譜287
7.1離子束和固體表面作用概述287
7.2濺射過(guò)程及其產(chǎn)額289
7.2.1SIMS基本方程289
7.2.2純?cè)毓腆w的濺射過(guò)程289
7.2.3化合物中串級(jí)碰撞300
7.2.4濺射粒子的電離及基體效應(yīng)302
7.2.5分子材料次級(jí)離子的形成機(jī)制304
7.2.6濺射原子和分子電離過(guò)程補(bǔ)充說(shuō)明306
7.3靜態(tài)次級(jí)離子質(zhì)譜311
7.3.1SSIMS的特點(diǎn)311
7.3.2靜態(tài)和動(dòng)態(tài)次級(jí)離子質(zhì)譜對(duì)比312
7.4ToF-SIMS譜儀313
7.4.1儀器結(jié)構(gòu)313
7.4.2ToF-SIMS離子源313
7.4.3ToF-SIMS質(zhì)量分析器315
7.4.4電荷補(bǔ)償317
7.4.5ToF-SIMS成像318
7.5激光后電離ToF-SIMS319
7.5.1LPI-ToF-SIMS儀器結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)319
7.5.2LPI-ToF-SIMS工作原理320
7.5.3光電離幾率321
7.5.4LPI-ToF-SIMS基本方程324
7.5.5LPI-ToF-SIMS實(shí)驗(yàn)參數(shù)325
7.6ToF-SIMS信息內(nèi)容330
7.6.1元素識(shí)別330
7.6.2硅片表面污染物檢測(cè)331
7.6.3聚合物和有機(jī)膜表面分析332
7.6.4無(wú)機(jī)化合物分析340
7.6.5深度剖析343
7.6.6成像分析345
7.7SSIMS定量分析347
7.7.1相對(duì)靈敏度因子法347
7.7.2聚合物表面定量表征348
參考文獻(xiàn)360
第8章材料表面氣體吸附與反應(yīng)365
8.1金屬表面氣體吸附與反應(yīng)365
8.1.1概述365
8.1.2從單晶表面到實(shí)用催化劑365
8.1.3負(fù)載模型催化劑367
8.1.4金屬表面CO化學(xué)吸附367
8.1.5表面改性對(duì)CO化學(xué)吸附的影響378
8.1.6CO化學(xué)吸附位置及XPS分析383
8.1.7不等價(jià)原子吸附時(shí)化學(xué)位移387
8.1.8分子取向及吸附誘導(dǎo)化學(xué)位移388
8.2吸附或沉積物對(duì)襯底表面結(jié)構(gòu)的影響389
8.2.1背景簡(jiǎn)述389
8.2.2吸附質(zhì)誘導(dǎo)襯底表面結(jié)構(gòu)改變389
8.2.3強(qiáng)金屬載體相互作用394
8.3負(fù)載原子簇物理化學(xué)特性398
8.3.1引言398
8.3.2負(fù)載銠（Rh）原子簇CO解離400
8.3.3負(fù)載金（Au）原子簇的催化活性400
8.3.4負(fù)載金屬原子簇的電子結(jié)構(gòu)402
8.4化學(xué)傳感材料表面氣體吸附與反應(yīng)407
8.4.1氣敏化學(xué)傳感器的工作原理407
8.4.2氣體分子吸附誘導(dǎo)傳感材料表面電子結(jié)構(gòu)的變化409
8.4.3納米SnO2薄膜結(jié)構(gòu)特征412
參考文獻(xiàn)420
第9章異質(zhì)薄膜材料界面426
9.1異質(zhì)薄膜材料界面的主要論題426
9.2金屬-半導(dǎo)體接觸界面427
9.2.1鏡像力作用427
9.2.2Schottky接觸有效勢(shì)壘高度428
9.2.3Schottky接觸界面橫向不均勻性431
9.2.4金屬誘導(dǎo)帶隙態(tài)（MIGS）和電負(fù)性433
9.2.5溫度.壓力對(duì)勢(shì)壘高度的影響436
9.3異質(zhì)界面擴(kuò)散反應(yīng)動(dòng)力學(xué)438
9.3.1異質(zhì)界面擴(kuò)散反應(yīng)研究的難點(diǎn)438
9.3.2Ti/Si界面擴(kuò)散反應(yīng)動(dòng)力學(xué)439
9.4納米級(jí)埋藏界面化學(xué)結(jié)構(gòu)表征447
9.4.1SiO2/Si界面化學(xué)結(jié)構(gòu)448
9.4.210nmNON薄膜結(jié)構(gòu)449
9.4.3計(jì)算機(jī)硬盤表面化學(xué)結(jié)構(gòu)分析451
9.4.4埋藏界面結(jié)構(gòu)缺陷及污染物分析452
9.5有機(jī)光電子材料和器件中的界面問(wèn)題455
9.5.1幾個(gè)基本概念456
9.5.2界面電子結(jié)構(gòu)表征460
9.5.3OLED有機(jī)物-金屬界面462
9.5.4PLED聚合物-金屬界面465
9.5.5陽(yáng)極界面物理和化學(xué)問(wèn)題467
9.6生物有機(jī)材料界面472
參考文獻(xiàn)479
第10章運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的接觸界面——摩擦過(guò)程界面物理化學(xué)484
10.1概述484
10.2接觸表面形態(tài)和磨損機(jī)制485
10.2.1金屬磨損表面形態(tài)485
10.2.2陶瓷磨損表面形態(tài)特征490
10.2.3聚合物磨損表面形態(tài)特征492
10.3固體潤(rùn)滑界面結(jié)構(gòu)492
10.3.1固體潤(rùn)滑材料493
10.3.2固體潤(rùn)滑涂層的狀態(tài)變化495
10.3.3固體潤(rùn)滑膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)497
10.3.4混合潤(rùn)滑劑中的固體潤(rùn)滑劑499
10.4摩擦界面化學(xué)500
10.4.1摩擦表面上反應(yīng)物的激活方式501
10.4.2ZDDP摩擦反應(yīng)502
10.4.3ZDDP摩擦反應(yīng)膜結(jié)構(gòu)表征509
10.4.4ZDDP摩擦膜化學(xué)結(jié)構(gòu)細(xì)析516
10.4.5極壓狀態(tài)下的接觸界面526
10.5納米材料和器件摩擦化學(xué)特點(diǎn)530
10.5.1體系特征530
10.5.2保護(hù)層材料特性及摩擦化學(xué)分析530
10.5.3納米潤(rùn)滑.耐磨涂層分子設(shè)計(jì)535
10.5.4自組裝單層潤(rùn)滑膜537
10.6生物體內(nèi)的動(dòng)態(tài)接觸界面540
參考文獻(xiàn)...545