第一部分表面與界面基礎(chǔ)演示文稿

第一部分表面與界面基礎(chǔ)演示文稿當(dāng)前1頁，總共45頁。優(yōu)選第一部分表面與界面基礎(chǔ)當(dāng)前2頁，總共45頁。1理想表面結(jié)構(gòu)

理想表面是一種理論的結(jié)構(gòu)完整的二維點(diǎn)陣平面。模型忽略：忽略晶體內(nèi)部周期性勢(shì)場(chǎng)在晶體表面中斷的影響；忽略表面上原子的熱運(yùn)動(dòng)以及出現(xiàn)的缺陷和擴(kuò)散現(xiàn)象；忽略表面外界環(huán)境的物理和化學(xué)作用等等內(nèi)外因素。二維結(jié)晶學(xué)基本概念

◆發(fā)展簡(jiǎn)介晶體的點(diǎn)陣學(xué)說是十九世紀(jì)開始出現(xiàn)的。最早的學(xué)說是布拉菲的“空間點(diǎn)陣說”。認(rèn)為晶體是一些全同的點(diǎn)子在空間周期性地排列而成。這些點(diǎn)子可以是原子、離子、分子及其集團(tuán)重心，統(tǒng)稱為格點(diǎn)，其總體稱為點(diǎn)陣。點(diǎn)陣學(xué)說的正確性，由晶體的x射線衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)，1912年勞埃正式提出：晶體的X射線衍射斑點(diǎn)是因晶體內(nèi)部原子周期性列陣的衍射所致。

當(dāng)前3頁，總共45頁。◆三維結(jié)晶學(xué)[已知的知識(shí)]◆二維結(jié)晶學(xué)主要內(nèi)容：對(duì)稱性點(diǎn)陣類型二維例易點(diǎn)陣◆二維點(diǎn)陣的對(duì)稱性：三種對(duì)稱操作：平移對(duì)稱操作、點(diǎn)對(duì)稱操作、鏡線滑移對(duì)稱操作。對(duì)稱操作的特點(diǎn)：宏觀上，每一種對(duì)稱操作都可以使晶體自身重合；微觀上，對(duì)稱操作后所得到的格點(diǎn)均全同于初始格點(diǎn)。

幾個(gè)概念每一種對(duì)稱操作都是由對(duì)稱操作要素(元素)構(gòu)成的；對(duì)稱操作要素的集合稱為對(duì)稱操作群(簡(jiǎn)稱對(duì)稱群)。二維點(diǎn)陣的對(duì)稱群包括：平移群點(diǎn)群滑移群三種當(dāng)前4頁，總共45頁。(一)平移群

平移操作：點(diǎn)陣中格點(diǎn)相對(duì)于某一點(diǎn)沿點(diǎn)陣平面作周期性平行移動(dòng)

平移群：平移操作要素的集合。在二維點(diǎn)陣中，所有格點(diǎn)均可由其中任一初始格點(diǎn)平移而得。平移矢量由

T＝na十mb(1.1—1)決定。其中a，b為點(diǎn)陣基矢，是相應(yīng)方向的平移周期矢量；

n，m為任意整數(shù)，n，m＝0，±1，±2．．．．

對(duì)于所有可能的平移操作元素T，其逆元素為(-T)。由式(1.1—1)所概括的全部平移操作的總和稱為平移群。平移群是二維點(diǎn)陣的基本對(duì)稱操作。

平移群完整地描述了二維點(diǎn)陣的周期性。當(dāng)前5頁，總共45頁。

圖1.1—1標(biāo)出了二維點(diǎn)陣的平移元素T2,1及其逆元素-T2,1(或T-2,-1)。當(dāng)前6頁，總共45頁。(二)點(diǎn)群

二維點(diǎn)陣中的點(diǎn)群是點(diǎn)對(duì)稱操作的集合。包括：旋轉(zhuǎn)對(duì)稱操作鏡線反映對(duì)稱操作。

旋轉(zhuǎn)對(duì)稱操作指圍繞某一固定點(diǎn)，沿點(diǎn)陣平面垂直軸旋轉(zhuǎn)的對(duì)稱操作。旋轉(zhuǎn)角：θ=2π/n。其中n為非零正整數(shù)，——旋轉(zhuǎn)的度數(shù)。

n的不同取值構(gòu)成不同的n度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱操作。

由于二維點(diǎn)陣的周期性，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱操作要受到平移群的限制，二維點(diǎn)陣的周期性決定了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱操作的度數(shù)只能?。?/p>

n＝1，

2，

3，

4，

6

即，二維旋轉(zhuǎn)對(duì)稱只存在五種可能的操作．

旋轉(zhuǎn)對(duì)稱操作的符號(hào)和圖形如表1.1—1所示。當(dāng)前7頁，總共45頁。Table1.1—1二維點(diǎn)陣中n度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱操作的符號(hào)及圖形當(dāng)前8頁，總共45頁。

鏡線反映操作

操作：指對(duì)于某一條固定的線作鏡像反映使格點(diǎn)具有鏡線對(duì)稱性。在二維點(diǎn)陣中只存在一種鏡線反映操作要素，以m表示。其圖形以直線標(biāo)出。

鏡線反映對(duì)稱操作同旋轉(zhuǎn)對(duì)稱操作結(jié)合可組合成十種點(diǎn)對(duì)稱操作群。這十種點(diǎn)群的圖形和符號(hào)表示列于圖1.1—2中。

當(dāng)前9頁，總共45頁。

以上十種點(diǎn)群，每一種都可以獨(dú)立地表現(xiàn)二維晶體的對(duì)稱性。任何一種點(diǎn)操作均可以得到全部格點(diǎn)，在宏觀上晶體不發(fā)生任何改變。

圖中數(shù)字表示旋轉(zhuǎn)度數(shù)（n），m表示鏡線。在偶次旋轉(zhuǎn)度操作中，標(biāo)出的兩個(gè)m，其含意略有區(qū)別：前一個(gè)m表示一個(gè)鏡線操作符號(hào)，經(jīng)操作后，得到該鏡線的對(duì)稱格點(diǎn)：后一個(gè)m并不表識(shí)操作，而是由于前一個(gè)m操作而相伴產(chǎn)生的另一方向的鏡線對(duì)稱性，是經(jīng)偶階旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行一個(gè)鏡線操作后必然伴生的鏡線。所以兩個(gè)m并不意味著點(diǎn)群中有兩種鏡線反映操作。

．當(dāng)前10頁，總共45頁。

二維布拉菲點(diǎn)陣由于平移群與點(diǎn)群已基本上決定了二維點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)類型，所以，首先了解二維布拉菲格子的分類及特點(diǎn)，然后進(jìn)一步認(rèn)識(shí)鏡像滑移對(duì)稱性是有益的。鏡像滑移操作并不影響二維結(jié)構(gòu)類型。

二維點(diǎn)群與平移群的結(jié)合構(gòu)成了二維布拉菲格子，二線點(diǎn)陣類型是以上面種對(duì)稱群互相制約的結(jié)果。

前面已討論過二維點(diǎn)群受到平移群的限制。同樣點(diǎn)群對(duì)點(diǎn)陣的平移周期性也將加以限制，表現(xiàn)為對(duì)平移基矢a,b的限制。

由于點(diǎn)群的限制，二維點(diǎn)陣的基矢只能存在五種情況；它們組合成五種布位菲格子；屬于四大晶系。此五種布拉菲格子中基矢a，b的關(guān)系和特點(diǎn)列于表2.1—2中。當(dāng)前11頁，總共45頁。

從表中可以看到，只有1、2度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱操作對(duì)點(diǎn)陣基矢無任何限隊(duì)從而允許一種斜方點(diǎn)陣的存在

而3、6度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱操作則必須要求點(diǎn)陣為六方點(diǎn)陣；

對(duì)于二維點(diǎn)陣中的任一格點(diǎn)，如果存在一種4度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱操作，則必然要求點(diǎn)陣具有正交點(diǎn)陣的形式。當(dāng)前12頁，總共45頁。(三)二維空間群

鏡像滑移群操作：對(duì)于某一直線作鏡像反映后，再沿此線平行方向,滑移平移基矢的半個(gè)周期而完成的對(duì)稱操作。此直線稱為鏡像滑移線，符號(hào)為“g”，在圖中以虛線‘……”表示。二維點(diǎn)陣中只存在一條鏡像滑移線。

2號(hào)點(diǎn)為1號(hào)、5號(hào)點(diǎn)的鏡像滑移點(diǎn)[AB為鏡像滑移線]；當(dāng)前13頁，總共45頁。

二維空間群二維空間群：鏡像滑移群同點(diǎn)群結(jié)合，構(gòu)成的十七種二維對(duì)稱群。

△這十七種不同的空間群，不是點(diǎn)陣格子的化身，而是五種二維布拉菲格子所具有的不同對(duì)稱性的體現(xiàn)?？臻g群通過其對(duì)稱要素來確定不同布拉菲格子中格點(diǎn)的位置。

．

△空間群完整地描述了二維點(diǎn)陣的對(duì)稱性。其中點(diǎn)群反映了點(diǎn)陣的宏觀對(duì)稱性而鏡像滑移群反映了點(diǎn)陣的微觀對(duì)稱性。顯然，“g”的存在并未改變點(diǎn)陣的宏觀對(duì)稱性，不影響點(diǎn)陣的晶系類型，只反映了點(diǎn)陣原胞中格點(diǎn)的微觀排列規(guī)律。

二維空間群類型列示表2.1—3中。當(dāng)前14頁，總共45頁。

二維空間群類型其中符號(hào)P表示簡(jiǎn)單格子、C表示有心格子。當(dāng)前15頁，總共45頁。2清潔表面結(jié)構(gòu)

清潔表面指不存在任何污染的化學(xué)純表面，即不存在吸附、催化反應(yīng)或雜質(zhì)擴(kuò)散等一系列物理化學(xué)效應(yīng)的表面。

表面結(jié)構(gòu)特征：弛豫和重排由于表面上電子波函數(shù)的畸變，使原子處于高能態(tài)，容易發(fā)弛豫和重排，所以其結(jié)構(gòu)偏離理想的二維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，形成新的、較為復(fù)雜的二紹結(jié)構(gòu)。

標(biāo)志：清潔表面結(jié)構(gòu)的特征就是表面原于弛豫和重排，而弛豫的機(jī)理比鉸復(fù)雜，最簡(jiǎn)單的規(guī)律是解理面上斷鍵的飽和趨勢(shì)。

清潔表面結(jié)構(gòu)，以偏離理想解理面的程度來標(biāo)志。

研究方法是實(shí)驗(yàn)與模型相結(jié)合的“自洽法”。根據(jù)表面原于的靜電狀態(tài)、電子波函數(shù)等理論上的分析，提出初步模型，再經(jīng)過微觀分析，證實(shí)模型并進(jìn)一步作數(shù)據(jù)處理，從而修正模型得到比較接近實(shí)際的模型。

當(dāng)前16頁，總共45頁?！舯砻娼Y(jié)構(gòu)的表述方法

表面結(jié)構(gòu)TLK模型(Terrace–Ledge–Kinkstructure)平臺(tái)-臺(tái)階-扭折

臺(tái)階表面通用的表述符號(hào)為E(s)-[m(hkl)×n(h’k’l’)](2.2-1)其中：E代表化學(xué)元素符號(hào)，s為臺(tái)階結(jié)構(gòu)的標(biāo)志；

m為臺(tái)面寬度，以臺(tái)面上的原子列數(shù)表示，標(biāo)志了臺(tái)面的周期；

(hkl)為構(gòu)成臺(tái)面的晶面指數(shù)；

n為臺(tái)階高度，以臺(tái)階所跨的原子層數(shù)表示；

(h’k’l’)為構(gòu)成臺(tái)階的晶面指數(shù)。

圖2.2—1中列舉了兩種臺(tái)階結(jié)構(gòu)。其中(a)為Pt(s)—[4(111)×(100)]，

(b)為Pt(s)—〔7(111)×(3l0)〕當(dāng)前17頁，總共45頁。

平坦表面△表述方法：一般采用Wood(1963)方法。這種方法主要是以理想的二維點(diǎn)陣為基，表述發(fā)生了點(diǎn)陣畸變的清潔表面點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。畸變后的表面通常稱為再構(gòu)表面，再構(gòu)是由原子的重排和弛豫所致。

’△簡(jiǎn)單再構(gòu)表面以理想解理面作為襯底，平移群為：T＝ma十nb

其中：a，b為襯底點(diǎn)陣基矢。

再構(gòu)表面形成的二維點(diǎn)陣，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)也同樣具有平移群：

Ts＝m’as．十n’bs

其中：as,bs為再溝表面點(diǎn)陣基矢。

表面再構(gòu)后，其點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)同理想二維點(diǎn)陳的偏離主要通過再構(gòu)點(diǎn)陣基矢as、

bs相對(duì)于襯底點(diǎn)陣基矢a、b的改變來表述。基矢方向不改變，僅改變大小。此時(shí)再構(gòu)點(diǎn)與襯底點(diǎn)陣無相對(duì)旋轉(zhuǎn)，其基矢兩兩平行，其長(zhǎng)度關(guān)系滿足，

|as|＝p|a|，

|bs|＝q|b|

此處，p，q為整數(shù)，表示基矢倍數(shù)，即

p=|as|/|a|，q=|bs|/|b|

當(dāng)前18頁，總共45頁。

△再構(gòu)表面的表述方式為

E{hkl}p×q

其中:E為襯底元素符號(hào)，{hkl}為再構(gòu)表面的晶面指數(shù)。

例如Si{111}2×2表示Si{111}晶面族表面再構(gòu)基矢as，bs相對(duì)于襯底a，b無偏轉(zhuǎn)，只有長(zhǎng)度變化，|as|/|a|=|bs|/|b|＝2?！髟贅?gòu)表面點(diǎn)陣相對(duì)于襯底點(diǎn)陣有偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)角為:

α=∠as,a，a＝∠bs,b

再構(gòu)表面點(diǎn)陣基矢與襯底點(diǎn)陣基矢之間已不是簡(jiǎn)單的倍數(shù)關(guān)系，而有

as＝p1a+q1b，

bs＝p2a+q2b

對(duì)于這種再構(gòu)獲面，可表述為

E{kkl}p×q一α

有吸附原子：E{kkl}p×q一α—DD:吸附原子

有心結(jié)構(gòu)：在再構(gòu)符號(hào)（p×q）前冠以“C”字母表示有心結(jié)構(gòu)。如C(2×1)表示有心2×1再構(gòu)等。當(dāng)前19頁，總共45頁。（2×1）298K10-10Torr（7×7）1000K10-10Torr（1×1）退火組織當(dāng)前20頁，總共45頁。◆表面原子弛豫

△表面原子由于在某一方向失去相鄰原于可導(dǎo)致偏離平衡位置的弛豫。弛豫可以發(fā)生在表面以下幾個(gè)原子層的范圍內(nèi)。表面第一層原子的弛豫主要表現(xiàn)為縱向弛豫。一般說來，某一原子在某一方向的弛豫，必然引起其它原子以及鄰層原子的弛豫。

△表面原子的弛豫，不僅造成了晶體宏觀上的膨脹與壓縮，而且導(dǎo)致了表面二維點(diǎn)陣的變化，成為再構(gòu)表面。△原子的弛豫分為以下幾種類型：壓縮效應(yīng)、馳張效應(yīng)、起伏效應(yīng)、雙電層效應(yīng)。當(dāng)前21頁，總共45頁。(一)壓縮效應(yīng)表面原子失去空間方向的相鄰原子后，體內(nèi)原子對(duì)表面原子階作用，產(chǎn)生了一個(gè)指向體內(nèi)的合力，導(dǎo)致表面原于向體內(nèi)的縱向弛豫。如圖2.2—2所示，圖中圓圖表示“作用球”。在金屬晶體表面比較常見，其致豫一般不超過晶格常數(shù)的5~15％。如Al(111)，F(xiàn)e(100)表面等，尤其是在Mo(100)表面可觀察到比較大的縱向弛豫。這種明顯的壓縮效應(yīng)目前尚沒有滿意的解釋．當(dāng)前22頁，總共45頁。壓縮效應(yīng)有時(shí)并不是均勻地發(fā)生的，例如在TLK臺(tái)面上一般發(fā)生非均勻弛豫。圖2.2—3中示出了Ge臺(tái)面的非內(nèi)勻弛豫。

1號(hào)原子無縱向弛豫，2號(hào)原子向體內(nèi)弛豫＜0.22埃，

3號(hào)原子向體內(nèi)弛豫0.22埃，

4號(hào)原子向體內(nèi)弛豫0.46埃，次外層的5號(hào)原于向內(nèi)弛豫0.15埃。當(dāng)前23頁，總共45頁。(二)馳張效應(yīng)

在少數(shù)晶體的某些表面發(fā)生原子向體外移動(dòng)的縱向弛豫，造成了晶體的膨脹，例如Al(111)面的層間距可以增加正常間距的25％左右。

這種情況多由于內(nèi)層原子對(duì)表層原子的外推作用，有時(shí)也由于表面的松散結(jié)構(gòu)所致。即表面層內(nèi)各原子間的距離普遍增加，并且可波及表面內(nèi)幾個(gè)原子展，造成晶體總體在某一方向的膨脹。圖示2.2—4。

一般的弛張效應(yīng)多出現(xiàn)在金屬晶體及其化合物表面。當(dāng)前24頁，總共45頁。(三)起伏效應(yīng)

對(duì)于半導(dǎo)體材料如Ge，Si等具有金剛石結(jié)構(gòu)的晶體，可以在（111）表面上觀察到，有的原子向體外方向弛豫，有的原子向體內(nèi)弛豫。而且這兩種方向相反的縱向弛豫是有規(guī)律地間隔出現(xiàn)的。即有起有伏，稱之為起伏效應(yīng)。當(dāng)前25頁，總共45頁。圖為Ge(111)表面原子弛豫的起伏現(xiàn)象。當(dāng)前26頁，總共45頁。(四)雙電層效應(yīng)

對(duì)于多原子晶體，弛豫情況將更加復(fù)雜。在離子晶體中，表層離子失去外層離子后，破壞了靜電平衡，由于極化作用，造成了雙電層效應(yīng)。在LiF及NaCl晶體表面均明顯地出現(xiàn)雙電層結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)以NaCl晶體為例說明雙電層效應(yīng)。如圖2．2—6。當(dāng)前27頁，總共45頁。當(dāng)表面離子失去外層相鄰離于后，破壞了靜電平衡，離子半徑較大的負(fù)離子，由于體內(nèi)相鄰正離子的極化作用，造成負(fù)離子電子云偏向體內(nèi)的畸變，形成偶極子，使負(fù)電中心移向體內(nèi)。為了達(dá)到表面層的靜電乎構(gòu)，降低表面能，負(fù)離子必須向表面上方移動(dòng)，而同時(shí)表面層正離子由于第二層負(fù)離子的吸引向體內(nèi)移動(dòng)以達(dá)到結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定。正負(fù)離子反向移動(dòng)的結(jié)果，形成了雙電后表面。在NaCl晶體表面第一層的上子層由負(fù)離子Cl—構(gòu)成，具有負(fù)電性；下子層由正離子Na+構(gòu)成。所以表面層變成了分別帶有正、負(fù)電的電偶極層，使晶體的表面具有負(fù)電性。當(dāng)前28頁，總共45頁?！舯砻嬖贅?gòu)模型△表面原子的弛豫，使原子脫離了正常的點(diǎn)陣位置，影響了表面結(jié)構(gòu)的變化，其二維點(diǎn)陣與體內(nèi)原子層的正常二維點(diǎn)陣不同，這種重新排列的二維點(diǎn)陣，稱之為再構(gòu)表面的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。

△由于原子弛豫可以發(fā)生在表面以下幾個(gè)原子層范圍，所以表面再構(gòu)也可以涉及到幾個(gè)原子層。但是最明顯的再構(gòu)只表現(xiàn)在表面最外層原子平面上。以下各層原子平面可近似認(rèn)為屬于理想的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。

△表面原子的弛豫取決于表面斷鍵的情況，首先需要了解各種典型結(jié)構(gòu)的解理表面上斷鍵形成的情況。然后討論斷鍵對(duì)原子弛豫的影響及再構(gòu)類型。當(dāng)前29頁，總共45頁。(一)解理面斷鍵的形成

斷鍵又稱“懸鍵”，是由表面原子在空間方向失去相鄰原子而形成的。斷鍵的形成情況，同晶體結(jié)構(gòu)類型、晶面點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)有關(guān).

現(xiàn)以立方晶系為例，討論斷鍵形成情況。

△面心立方晶體，原子配位數(shù)為12，指數(shù)簡(jiǎn)單的三個(gè)晶面族為：{100}、{110}、{111}，其中原子密度最大的晶面是{111}，最容易解理。

{100}解理面呈正方結(jié)構(gòu)，失去解理面上方位于相鄰原胞面心上的4個(gè)原子，形成4個(gè)斷鍵。

{111}解理面呈六角形二維平移周期性結(jié)構(gòu)；

{111}解理面上每個(gè)原子失去3個(gè)原子，形成3個(gè)斷鍵。

{110}解理面呈長(zhǎng)方結(jié)構(gòu)，在解理晶面上每個(gè)原子，失去解理上方相鄰二原胞的五個(gè)晶面面心上的原子，共5個(gè)，形成5個(gè)斷鍵。

當(dāng)前30頁，總共45頁。

△體心立方晶體：配為數(shù)為8，指數(shù)簡(jiǎn)單的晶面族為{100}、{110}、{111}。其中原子密度最大的晶面是{110}，最容易解理。

{110}解理面呈有心長(zhǎng)方結(jié)構(gòu)，其原胞中心的原子，失去上方兩個(gè)體心原胞頂角原子，形成2個(gè)斷鍵。

{100}解理面上可形成4個(gè)體心斷鍵。△金剛石結(jié)構(gòu)，是結(jié)晶學(xué)研究中最感興趣的一種結(jié)構(gòu)，其配位數(shù)為4，最容易解理的晶面是{111}晶面族，也是在表面研究中具有重要意義的解理面。單鍵解理面：解理層A位于單鍵結(jié)合鏈上三鍵解理面：解理層B位于三鍵結(jié)合鏈上（111）解理面當(dāng)前31頁，總共45頁。(二)空鍵模型

△

空鍵模型是在研究硅、鍺等具有金剛石結(jié)構(gòu)的共份晶體時(shí)提出來的。Hamman(1968)等根據(jù)硅、鍺{111}單鍵解理面的一系列實(shí)驗(yàn)，推算并加以證實(shí)面逐步完善了這種模型，又稱為H模型?！骺战∧Ｐ捅容^成功地解釋了Si{111}2x1的清潔表面再構(gòu)，現(xiàn)在用最簡(jiǎn)單的、不涉及更精確的表面態(tài)白洽勢(shì)計(jì)算的方法來說明這種模型。

△Si{111}解理面具有結(jié)晶學(xué)的六角平面點(diǎn)陣，如圖2.2—8所示。圖中忽略再構(gòu)中鍵長(zhǎng)的變化，并且末標(biāo)出第二層原子的水平移動(dòng)。當(dāng)前32頁，總共45頁。當(dāng)前33頁，總共45頁。

△通過電子云結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單說明表面第一層原子的縱向弛豫機(jī)理。

Si(14)的核外電子組態(tài)為2S22P63S23P2，當(dāng)結(jié)合成硅晶體時(shí)，原子最外層電子云兩兩重疊構(gòu)成共價(jià)結(jié)合。飽和共價(jià)鍵呈P3雜化電子云結(jié)構(gòu)。理想晶體S的體內(nèi)原于是由sp3雜化電子云重疊而結(jié)合的。sp3雜化電子云在空間的分布具有四面體結(jié)構(gòu)，在每一方向的電子云由(1／4)S電子云和(3／4)P電子云組成．

表面Si原子失去一個(gè)相鄰原子，形成一個(gè)斷鍵；sp3電子云在空間方向處于自由原子的環(huán)境，必然需要恢復(fù)純P電子云或純S電子云，不可能以雜化形式存在。

如果表面上原子的電子云由1/4sp3恢復(fù)為純P電子云，則體內(nèi)另三支sp3電子云將獻(xiàn)出一部分P電子云，演變?yōu)閟p2雜化電子云。己知sp2電子云具有平面結(jié)構(gòu)，夾角為120°。

當(dāng)前34頁，總共45頁。此平面結(jié)構(gòu)的sp2電子云將力圖把體內(nèi)的三個(gè)原來處于四面體頂角的原子拉向同一平面。因此，使此三個(gè)原子互相移開，在健長(zhǎng)基本不改變的情況下，這種趨勢(shì)造成了具有P電子云的表層原子向體內(nèi)的縱向弛豫。如圖2.2—9中標(biāo)有P的原子。當(dāng)表面某原子的雜化電子云退化為純P電子云時(shí)，該原于與沿平面中某一晶列方向的相鄰原于電子云兩兩重合，二者均具有P電子云結(jié)構(gòu)。同時(shí)，另一方向的晶列中的相鄰原子，其電子云必退化為S電子云，如圖2.2—10所示。當(dāng)前35頁，總共45頁。(三)空位模型

△

2×1再構(gòu)表面是一種亞穩(wěn)表面，鍺(3×1)表面在400K的溫度下退火后，可變成(2×8)結(jié)構(gòu)，硅(2×1)表面在650K退火后可變成(7×7)結(jié)構(gòu)。

△關(guān)于Si(111)7×7平衡結(jié)構(gòu)，是大家關(guān)注的也是爭(zhēng)議較大的模型。比較成功的模型是Lander和Morrison(1963年)提出的一種“空位模型”，又稱LM模型。

△空位模型主要說明了：在一定的高溫下，表面第一子層的原子，有可能脫離原來位置，因而出現(xiàn)了具有周期性分布的空位。

△這種模型比較成功地解釋了Si(111)7×7結(jié)構(gòu)。因中劃出—個(gè)7×7原胞，原胞個(gè)包括13個(gè)空格點(diǎn)(空位)。如圖2.2—11所示。當(dāng)前36頁，總共45頁。當(dāng)前37頁，總共45頁。3實(shí)際表面結(jié)構(gòu)

△純凈的清潔表面是難以制備的。在實(shí)際的表面上，普遍存在雜質(zhì)及吸附物的污染影響了表面結(jié)構(gòu)。因此，研究實(shí)際表面結(jié)構(gòu)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

△由于表面原于斷鍵的形成以及各種面缺陷的存在等，使表面易于富集各種雜質(zhì)物質(zhì)，這里具有重要意義的是吸附物質(zhì)的存在。△吸附物質(zhì)可以是表面環(huán)境中的氣相分子、原子，及其化合物，也可以是來自體內(nèi)擴(kuò)散出來的元素物質(zhì)等。它們可以簡(jiǎn)單地被吸附在晶體表面，也可以外延生長(zhǎng)在晶體表面構(gòu)成新的表面層?；蛘撸M(jìn)入表面層一定深度同表面原子形成有序的表面臺(tái)金等等。

△研究實(shí)際表面結(jié)構(gòu)，首先要研究表面吸附所形成的吸附覆蓋層及其對(duì)表面結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)前38頁，總共45頁。◆表面吸附類型吸附類型：物理吸附化學(xué)吸附：外來原子在襯底表面簡(jiǎn)單地結(jié)合，形成吸附覆蓋層；外來原子進(jìn)入襯底表面層內(nèi)部，形成：替位式填隙式臺(tái)金型結(jié)構(gòu)?！粑礁采w層

覆蓋度當(dāng)吸附原子在襯底表面達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，即可形成覆蓋層，對(duì)于單原子覆蓋層，引入θ表示單原子吸附的覆蓋度，以標(biāo)志吸附的程度。θ定義為：

d＝N’/N其中:N為吸附原子緊密排列于襯底表面對(duì)應(yīng)有的原子總數(shù)；N’為襯底表面實(shí)際吸附的原子數(shù)。

θ=0是清潔表面的情況，而θ＝1是飽和吸附的情況。在一般情況下，

0＜θ＜1當(dāng)前39頁，總共45頁。

覆蓋表面結(jié)構(gòu)的描述△覆蓋表面這些對(duì)參數(shù)的表述，可沿用Wood表示法：

E{hkl}p×g—α—m×n—β—D

式中前面部分與前相同，其它定義如下：

M，n為覆蓋點(diǎn)陣基矢與襯底再構(gòu)表面基矢的長(zhǎng)度比，β為覆蓋層點(diǎn)陣基矢與襯底點(diǎn)陣基矢之間的偏轉(zhuǎn)角，D為吸附物元素符號(hào)。

△為簡(jiǎn)單起見，通常將式(2．3—3)中的前半部分：p×q省略，只表現(xiàn)吸附