表面吸附、扩散与薄膜中扩散.ppt

第五章 表面吸附、扩散与薄膜中的扩散;反应性气体的吸附过程：;;吸附过程与分子-表面距离的关系;;表面吸附能的量化计算：;Shuichi Yamagishi, Toshiyuki Fujimoto, Yasuji Inada, and Hideo Orita，J. Phys. Chem. B, 2005, 109 (18), 8899-8908 ? DOI: 10.1021/jp050722i;低覆盖度时的吸附统计物理;Ei为系统各量子 状态的能级;考虑振动效应： （热振动熵）;吸附统计热力学的另一方式推导：;Langmuir isotherms for T＝60 K;二维气体模型导出的覆盖度和压强的关系;表面粗糙化的统计理论：;增原子相图;扩散系数的影响因素：;半导体晶体中扩散系数的影响因素：;若干元素在硅中的指数前系数D0和扩散激活能Ed;;对于扩散长度与扩散体系尺度相当的一些情况，扩散第二方程的解往往借助于分离变量法，即令 进而得到用傅里叶级数形式表达的解： 可以看出，此时扩散体系的浓度分布由一系列浓度波叠加而成，它们的振幅随时间按指数关系衰减。 ;短路扩散：沿晶粒间界和位错芯的扩散;一些金属的晶粒边界扩散系数;不同温度下的扩散”相图”;晶界扩散系数的测量和扩散截面;方程的解：;利用Comsol来解扩散模型;高温，中温，低温下的扩散截面;;晶界扩散估计;上图的利用：;短周期超晶格中的互扩散;短路扩散中的非线性扩散：;反应扩散;a.) a-g界面过程引起薄膜生长;阴影部分面积相等：;a-g 界面附近：;反应控制过程：;SiO2层厚度与时间的关系;电迁移;作用在金属离子上的力：;;;电迁移导致的导线累积故障率与实验时间的关系;表面扩散主要是增原子的迁移和表面空位迁移;EH-EM=0.25 eV;表面点缺陷的形成能和迁移能;FCC (100);考虑表面缺陷形成与扩散时衬底热振动熵的改变不能忽略。?缺陷形成熵和迁移熵;表面扩散率：;表面扩散的替代机制;二聚体的扩散机制;;近程迁移和远程迁移: 高温下远程迁移比较显著;原子团的分步迁移;台阶近旁增原子的迁移势垒;台阶近旁增原子的扩散机制;表面扩散的实验研究方法;表面扩散的实验研究方法;　　(4)表面张力引起的表面扩散 　　表面曲率不同会引起点缺陷化学势的不同, 使点缺陷从化学势高处流向化学势低处, 从而引起表面外形的变化, 这种方法虽然是一种间接的方法, 但是它不需要上述特殊的设备与手段, 并且和实际问题的联系比较直接. 曲率半径不同引起的表面扩散还可以用点缺陷浓度和曲率半径有关来说明, 表面点缺陷浓度和曲率半径的关系是: 和曲率半径为无限大(平面)时的浓度相比, 表面为凹面, 表面空位浓度大于平的表面的空位浓度, 而凹面增原子浓度小于平面增原子浓度. 表面为凸面时的情况相反. 如果表面凸凹不平, 凹处表面空位流向凸处, 凸处增原子流向凹处, 使表面变平. ;STM技术：;1. Frame by frame方法;65?C 和128?C下Si原子对沿Si(100)二聚体链的位置-时间关系(a), 128?C下暂留时间(?t)的概率分布曲线(b)和跳动率-温度的双对数曲线(c) ;2. STM原子跟踪法;3.“守株待兔”法：固定位置的遂穿电流-时间谱;硅表面原胞;a. 208K温度下，分别在边位置（Center）和角位置（Corner）采集的时间依赖隧穿电流谱，其中高电流脉冲表明Cu原子运动到针尖下方。 b. 驻留事件数目随时间衰减统计直方图 。;扩散测量;该方法的优势;Ag F;;场离子显微镜法 (FIM：Field?Ion?Microscope);截面演化法：;方法;《薄膜生长》p142;#4: Adsorption & Growth;Physisorption vs. Chemisorption;Physisorption Potential;Physisorption: He Potential energy Diagram;Physisorption: Langmuir Isotherms;Chemisorption: Energy Levels;Energy Diagram: Hydrogen Adsorption;Energy Diagrams: Physi- and Chemisorption