內容簡介
From discussions with students working in the field of nanoelectronics and quantum effects in nanostructures I have leamed that many fundamental surface science concepts such as charging character of surface and interface states, Fernu-Ievel pinning have been forgotten over the years or not taught in an adequate way. Since these concepts are of paramount importance for research on semiconductor nanostructures Itried to deepen and extend these topics in the present edition.
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目錄
1 Surface and Interface Physics: Its Definition and Importance
Panel Ⅰ: Ultrahigh Vacuum (UHV) Technology
Panel Ⅱ: Basics of Particle Optics and Spectroscopy
Problems
2 Preparation ofWell-Defined Surfaces,lnterfaces and Thin Films
2.1 Why Is Ultrahigh Vacuum Used?
2.2 Cleavage in UHV
2.3 Ion Bombardment and Annealing
2.4 Evaporation and Molecular Beam Epitaxy (MBE)
2.5 Epitaxy by Means of Chemical Reactions
Panel Ⅲ: Auger Electron Spectroscopy (AES)
Panel Ⅳ:Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS)
Problems
3 Morphology and Structure ofSurfaces,lnterfaces and Thin Films
3.1 Surface Stress, Surface Energy, and Macroscopic Shape
3.2 Relaxation, Reconstruction, and Defects
3.3 Two-Dimensional Lattices, Superstructure, and Reciprocal Space
3.3.1 Surface Lattices and Superstructures
3.3.2 2D Reciprocal Lattice
3.4 Structural Models of Solid-Solid Interfaces
3.5 Nucleation and Growth of Thin Films
3.5.1 Modes of Film Growth
3.5.2 "Capillary Model" of Nucleation
3.6 Film-Growth Studies: Experimental Methods and Some Results
Panel V: Scanning Electron Microscopy (SEM) and Microprobe Techniques
Panel VI: Scanning Tunneling Microscopy (STM)
PaneI VII:Surface Extended X-Ray Absorption Fine Structur (SEXAFS)
Problems
……
4 Scattering from Surfaces and Thin Films
5 Surface Phonons
6 Electronic Surface States
7 Space-Charge Layers at Semiconductor Interfaces
8 Metal-Semiconductor Junctions and Semiconductor Heterostructures
9 Collective Phenomena at Interfaces: Superconductivity and Ferromagnetism
10 Adsorption on Solid Surfaces
References
Index
前言/序言
固體錶麵、界麵與薄膜(第5版) 一本全麵深入的科學專著,聚焦於物質錶層的物理與化學現象 《固體錶麵、界麵與薄膜(第5版)》是一部權威性的科學著作,旨在係統地、深入地探討固體錶麵、界麵以及薄膜的結構、性質、形成機理及其在現代科技中的應用。本書內容橫跨凝聚態物理、材料科學、化學、電子工程等多個學科領域,為研究人員、工程師和高年級學生提供瞭一個全麵而紮實的知識框架。 核心內容聚焦:從原子尺度到宏觀性能的橋梁 本書的結構設計清晰,邏輯嚴謹,以遞進的方式闡述瞭固體錶麵科學的核心概念和前沿進展。全書內容主要圍繞以下幾個相互關聯的核心主題展開: 第一部分:錶麵與界麵的基本原理 本部分首先為讀者奠定瞭堅實的理論基礎。它詳細介紹瞭原子和電子在固體錶麵上的排列與相互作用,探討瞭錶麵能、錶麵張力等宏觀熱力學參數的微觀起源。重點闡述瞭晶體學在描述錶麵結構中的應用,包括錶麵重構、缺陷的形成與對錶麵性能的影響。 界麵部分則深入分析瞭不同物質(如固體/固體、固體/液體、固體/氣體)交界麵處的物理化學特性。這部分內容涵蓋瞭界麵能的計算方法、界麵擴散機製以及界麵在相變過程中的關鍵作用。對於理解異質結構、復閤材料的性能至關重要。 第二部分:薄膜的製備與錶徵技術 薄膜作為功能材料的核心載體,其製備工藝直接決定瞭器件的性能。本部分詳盡介紹瞭當前主流的薄膜沉積技術。這包括物理氣相沉積(PVD)方法,如濺射、蒸發技術,並詳細剖析瞭不同參數(如基底溫度、腔室壓力、靶材功率)對薄膜的晶化度、取嚮性和錶麵粗糙度的影響。同時,化學氣相沉積(CVD)及其變種,如原子層沉積(ALD),也得到瞭深入探討,強調瞭ALD在實現高精度厚度控製和復雜形貌覆蓋方麵的獨特優勢。 在錶徵方麵,本書係統梳理瞭用於分析錶麵和薄膜的先進分析技術。重點介紹瞭電子束技術(如掃描電子顯微鏡SEM、透射電子顯微鏡TEM及其衍射模式)、X射綫分析技術(如X射綫衍射XRD、X射綫光電子能譜XPS)在確定薄膜化學成分、晶體結構和形貌特徵中的應用。此外,用於研究錶麵電子態和化學鍵閤的各種光譜學方法,如俄歇電子能譜(AES)和紫外光電子能譜(UPS),也得到瞭充分的講解。 第三部分:錶麵物理與化學過程 這部分深入探討瞭發生在固體錶麵上的關鍵物理和化學反應。 錶麵吸附與解吸: 詳細分析瞭氣體分子或液體組分在固體錶麵上的物理吸附(範德華力)和化學吸附(形成化學鍵)的過程。運用Langmuir、BET等模型描述吸附等溫綫,並探討瞭溫度和壓力對吸附動力學的影響。這對於理解催化劑活性位點和傳感器靈敏度至關重要。 錶麵反應動力學: 探討瞭錶麵催化反應的機理,包括反應物在錶麵的活化、中間産物的形成與轉化、以及産物的脫附過程。通過引入描述性的勢能麵圖景,闡明瞭催化劑設計中對結構敏感性的理解。 電子與光子在錶麵的相互作用: 討論瞭電子束、離子束與固體錶麵碰撞所産生的二次電子、反衝離子等現象,這不僅是錶徵技術的基礎,也是輻射損傷研究的關鍵。同時,薄膜與光子的相互作用,特彆是光學薄膜的電磁場增強效應和等離激元共振,被詳細分析。 第四部分:功能薄膜的應用與前沿 本書的最後一部分將理論與實踐相結閤,聚焦於特定功能薄膜在現代高科技領域中的應用。 半導體與集成電路: 詳述瞭半導體異質結的形成原理,如歐姆接觸和肖特基接觸的構建,以及柵極氧化層和介電層的製備對晶體管性能的關鍵影響。 能源材料: 探討瞭用於光伏電池(如鈣鈦礦、CIGS薄膜)和燃料電池(固體氧化物燃料電池的電解質和電極薄膜)的材料設計,強調瞭界麵電荷傳輸和界麵穩定性在提高器件效率中的作用。 磁性與自鏇電子學薄膜: 涵蓋瞭鐵磁性、反鐵磁性薄膜的製備及其在巨磁阻(GMR)和隧道磁阻(TMR)器件中的應用,涉及交換偏置效應和自鏇轉移矩(STT)等前沿概念。 生物醫學材料: 討論瞭生物相容性塗層、藥物緩釋膜以及用於生物傳感器的功能化錶麵設計。 第五版的新增與修訂 第五版在繼承前幾版精髓的基礎上,根據近十年來的研究進展進行瞭大量更新和擴充。特彆增加瞭對二維材料(如石墨烯、過渡金屬硫化物)錶麵物理的探討,以及機器學習在預測薄膜結構與性能中的初步應用案例。對原子層沉積(ALD)在復雜三維結構製造中的最新進展進行瞭細化,並更新瞭原位錶徵技術的最新進展。 目標讀者與價值 本書結構完整,理論深度與應用廣度兼備,是固體物理、材料工程、化學物理等領域的研究生、博士後、教師以及從事半導體、光學、催化劑和納米技術研發的高級工程師和科學傢的必備參考書。它不僅是理解現有技術的基石,更是啓發未來創新的重要源泉。讀者通過研讀本書,將能係統掌握從微觀結構到宏觀功能的轉化規律,從而有效地設計和優化基於錶麵和薄膜技術的下一代産品。