表面与界面物理思考题答案

邓老师部分 (2)

1，原子间的键合方式及性能特点。 (2)

2，原子的外层电子结构，晶体的能带结构。 (2)

3，晶体（单晶体，多晶体）的基本概念，晶体与非晶体的区别。 (2)

4，空间点阵与晶胞、晶面指数、晶面间距的概念，原子的堆积方式和典型的晶体结构。 (2)

5，表面信息获取的主要方式及基本原理。 (3)

6，为什么XPS可获得表面信息，而X射线衍射只能获得体信息？ (3)

7，利用光电子能谱（XPS）和俄歇（A UGER）电子能谱（AES）进行表面分析的基本原理和应用范围。 (4)

8，透射电子显微镜有哪几种工作模式，它们可获得材料的什么信息？ (4)

9，扫描电子显微镜的二次电子像和背反射电子像的成像原理。 (4)

10，说明电子束的基本特征，举出几种利用电子束的波动性和粒子性的分析技术。 (5)

11，什么是电子结合能的位移？价带能态密度可采用什么方法测试，简述其原理。 (5)

12，表面的定义，什么是清洁表面和实际表面？ (5)

13，什么是表面的TLK模型？表面缺陷产生的原因是什么？ (5)

14，什么是表面弛豫和表面重构？画出表面弛豫和表面重构的原子排列图。 (5)

15，为什么表面原子排列与体内不同，请比较重构与弛豫的异同，并解释S I（111）2×1重构的成因。 (6)

16，纳米材料有哪些效应？ (6)

17，说明表面张力和表面自由能分别用于什么情况。解释表面吸附对表面自由能的影响。如何测试材料的表面自由能，简述其基本原理。 (6)

18，什么是晶体材料的易生长晶面，它与什么因素有关？N A C L为简单立方晶体，它的易生长晶面是什么？ (7)

陶老师部分 (8)

1，表面态的产生原因和种类，它对材料性能有何影响？ (8)

2，形成空间电荷区的原因和表面空间电荷区的类型。 (8)

3，什么是准费米能级？ (8)

4，有一半导体材料，其体费米能级在导带下1/3E G处，表面费米能级距导带2/3E G处，E G 为禁带宽度。问： (9)

5，N型半导体的不同表面势下的表面空间电荷区情况，请结合能带图说明。 (9)

6，请分析非平衡载流子的符合过程。 (10)

7，请分析实际金半接触中势垒高度与理论上的S CHOTTKY势垒、B ARDEEN表面钉扎势垒偏离的原因。 (10)

8，试分析多晶Z N O材料中具有双向整流效应的I-V特性曲线与界面电子结构的关系。 (10)

9，什么是表面吸附与偏析？ (11)

10，比较化学吸附与物理吸附，并画出它们的吸附能曲线；什么是快化学吸附和慢化学吸附？

(11)

11，请解释第IV型吸附等温线。 (12)

12，N型半导体表面吸附氧后它的表面电导和表面能带如何变化？ (12)

13，水在N型半导体表面吸附后对电导和能带会发生哪些影响？ (12)

14，扩散有哪些微观机制？其激活能与扩散速度有何不同？ (12)

15，试比较原子在表面、晶界、相界、晶内扩散的方式、速度的异同？ (12)

16，什么是K IRDENDALL扩散，其发生会导致何种后果？ (13)

17，固相反应的发生是如何进行的？反应速度的快慢影响因素有哪些？ (13)

邓老师部分

1，原子间的键合方式及性能特点。

2，原子的外层电子结构，晶体的能带结构。

描述原子中一个电子的空间位置和能量：

1）主量子数n；轨道角量子数l；磁量子数m；自旋量子数s；

2）核外电子的排布规律三原则：能量最低原理；Pauli不相容原理；Hund规则。

说明：

1）晶体中，当N个原子聚在一起成晶体时，每个原子能级上将有2N个相同能量状态的电子（共有化电子），这是泡利不相容原理所不允许的，实际上，由于原子的相互作用，每个原子能级将分裂为一个有N个支能级的能带。

2）能带表示电子允许占有的状态，能带间隙有禁带，其宽度通常用Eg表示。每一根能带中可以容纳的电子是有限制的（最多为组成晶体原子数的2倍）。

3）能带全部装满电子为满带，没有电子为空带，两者都不对导电作贡献；能带没有填满为未满带，其中电子在外电场作用下能改变状态，对导电作贡献。

3，晶体（单晶体，多晶体）的基本概念，晶体与非晶体的区别。

晶体：内部质点（原子、离子或分子）在三维空间呈周期重复排列的固体。

单晶体：质点按同一取向排列。由一个核心（称为晶核）生长而成的晶体。

多晶体：由许多不同位向的小晶体（晶粒）所组成的晶体。多晶体一般显示出各向同性——假等向性。

4，空间点阵与晶胞、晶面指数、晶面间距的概念，原子的堆积方式和典型的晶体结构。空间点阵：呈周期性的规则排列的阵点所形成的具有等同的周围环境的三维阵列。

晶胞：在空间点阵中，能代表空间点阵结构特点的结构单元，反映晶格特征的最小几何单元。晶面指数：代表一组平行的晶面。为了便于研究和表述不同晶面原子排列的情况及其在空间的位向，需要确定一种统一的表示方法来表示晶面，称为晶面指数

晶面间距：两近邻平行晶面间的垂直距离。

晶体中原子堆积方式：

1）面心立方结构是以其最密排面｛111｝每三层就重复堆积，按ABCABC的次序堆积起来的。

2）密排六方结构也是一种密堆积，它的（001）面和面心立方｛111｝面具有相同的最紧密排列方式，（001）面每两层就重复堆垛，即（001）面按（ABABAB……）的顺序堆垛，3）体心立方结构是以其最密排面｛111｝每三层就重复堆积，按ABCABC的次序堆积起来的。

4）简单立方结构是以其最密排面｛111｝每三层就重复堆积，按ABCABC的次序堆积起来的。

典型的晶体结构：

面心立方结构；体心立方结构；密排六方结构；简单立方。

5，表面信息获取的主要方式及基本原理。

表面信息的获取：用荷能的电子、离子、光子作“探针”，如下图，根椐入射粒子和出射粒子之间的类型转换、能量变化、粒子的分布等关系，可以获取表面的信息。

基本原理：

以荷能电子作探针，当电子与表面作用后，能从表面激发出电子、离子和光子。采用相应的仪器可测量这些激发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、原子价态等信息，这就是目前各类表面分析的基本原理。

6，为什么XPS可获得表面信息，而X射线衍射只能获得体信息？

X射线与物质相互作用时，会发生一系列效应。其中，X射线从物质中激发出光电子被应用于XPS中，而X射线的相干散射被应用于X射线衍射中。

XPS方法以X射线光电子的能量来鉴别化学元素，而X射线光电子在逸出的路上自由程很短，实际能探测的信息浓度只有表面几个至十几个原子层，因而XPS可获取表面信息。

而X射线信号产生的深度和广度较大，同时有表面信号与体信号，体信号的强度远大于表面信号，所以只能获得体信息。