表面擴(kuò)散

1、表面擴(kuò)散表面擴(kuò)散是指原子、離子、分子以及原子團(tuán)在固體表面沿表面方向的運(yùn)動。當(dāng)固體表面存在化學(xué)勢梯度場，擴(kuò)散物質(zhì)的濃度變化或樣品表面的形貌變化時，就會發(fā)生表面擴(kuò)散。表面原子是在周期勢中斷的平面上移動，因而，表面擴(kuò)散與體內(nèi)擴(kuò)散固然有許多相同之處，但也有自身特點。主要是擴(kuò)散率高，在晶須生長實驗中，觀察到的表面擴(kuò)散率高達(dá)1厘米2秒這已與氣相擴(kuò)散過程相近，表面擴(kuò)散過程與表面的取向有關(guān)，用場離子顯微鏡觀察到單個錸原子在銥的(111)、(113)平臺

2、上的異質(zhì)表面擴(kuò)散激活能分別為0.52eV及1.17eV，差別很大；表面狀態(tài)如吸附物質(zhì)的存在，也會強(qiáng)烈影響表面擴(kuò)散。熱振動能量的漲落可能使表面原子獲得足夠的能量克服表面勢壘，變成近鄰位置上的吸附原子，這是最簡單的完整晶體表面自擴(kuò)散。在實際晶體表面上存在各種類型的缺陷，根據(jù)表面條件，表面原子可以在平臺上或沿臺階移動；表面原子也可填充到表面空位上，引起空位的遷移；或發(fā)生更加復(fù)雜的擴(kuò)散過程。研究表面擴(kuò)散的實驗方法主要是放射性示蹤、物質(zhì)傳遞、場離

3、子顯微鏡及場發(fā)射等技術(shù)。人們運(yùn)用這些實驗方法測定表面擴(kuò)散系數(shù)用以研究表面動力學(xué)過程確定表面勢。表面擴(kuò)散與燒結(jié)、晶體生長、薄膜工藝、蠕變等密切相關(guān)。但對表面擴(kuò)散過程機(jī)理的了解有待深入。表面物理學(xué)表面物理學(xué)表面物理學(xué)是20世紀(jì)60年代以后固體物理學(xué)中的一個重要而且發(fā)展極為迅速的領(lǐng)域。表面物理學(xué)是固體表面附近的幾個原子層內(nèi)具有許多異于體內(nèi)的對稱性質(zhì)。表面物理學(xué)研究在超高真空下（1010～1011Tr），這幾個原子層內(nèi)原子的排列情況、電子狀態(tài)、

4、吸附在表面上的外來原子或分子以及在表面幾個原子層內(nèi)的外來雜質(zhì)的電子狀態(tài)和其他物理性質(zhì)。實驗上是通過電子束、離子束、原子束、光子、熱、電場和磁場等與表面的相互作用而得到有關(guān)表面結(jié)構(gòu)、表面電子態(tài)、吸附物的品種、結(jié)合的類型和成鍵的取向等信息。例如：由于偏析造成化學(xué)成分與體內(nèi)不同，原子排列情形不同，表明能吸附外來原子或分子形成有序或無序的覆蓋層等表面物理學(xué)表面物理學(xué)內(nèi)容內(nèi)容表面結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu)理想的晶體表面具有二維周期性，其單位網(wǎng)格由基矢a1和a2

5、決定根據(jù)對稱性的要求，可能形成的二維單位網(wǎng)格有五種，如圖1所示，這五種格子常稱為二維布喇菲格子。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，最表面層原子常會有垂直于或傾表面物理學(xué)表面擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(SEXAFS)是近年來發(fā)展起來的研究表面結(jié)構(gòu)的另一手段。當(dāng)吸附在襯底S上的原子A吸收X射線后，從芯態(tài)發(fā)射的光電子可受到周圍原子的散射，出射電子波與散射電子波之間有干涉作用形成有起伏的末態(tài)。這個有起伏的末態(tài)使X射線吸收的幾率

6、在吸收邊后有振蕩現(xiàn)象，振蕩的幅度與周期包含了吸附原子A的近領(lǐng)數(shù)及其和周圍原子所形成的鍵長的信息。鍵長確定的準(zhǔn)確度達(dá)0.03┱。利用能量為60meV的氦原子在固體表面的彈性散射可以研究襯底和吸附層的周期性結(jié)構(gòu)。足夠強(qiáng)的原子束和表面的強(qiáng)相互作用，使這種探測方法具有相當(dāng)高的靈敏度。探測深度只有3～4┱衍射峰的強(qiáng)度主要取決于氦原子和表面原子的相互作用勢，如何確定與實際情況最接近的勢是當(dāng)前的一個困難問題。將能量在0.1～3MeV的He或H離子束準(zhǔn)

7、直沿著晶軸入射，由于離子束首先遭到晶軸第一個原子的散射入射離子的軌跡形成一個影錐。由于入射波束的波長遠(yuǎn)小于點陣常數(shù)，可把散射過程看作似彈性碰撞，通過測量在影錐中的原子的散射可以測定第一層原子的位移。表面成分表面成分表面成分的確定是表面研究中的另一重要課題。利用原子芯態(tài)能級的位置和原子的質(zhì)量這兩個特征可以確認(rèn)原子的類別。X射線光電子譜(XPS)是通過測量入射X射線打出表面外的光電子的動能Ek來確定芯態(tài)能級的位置Eb從而定出原子的類型及其與