ФИЗИКА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

 

Профессор  Г.Г.Владимиров

 

I.ВВЕДЕНИЕ

       1.1. Значение исследований поверхности

       1.2.Методы получения чистой поверхности: прогрев при высоких температурах; химические методы очистки; ионная бомбардировка; раскалывание в сверхвысоком вакууме; некоторые специфические методы.

       1.3.Термодинамика поверхности, уравнение адсорбции Гиббса, поверхностное натяжение.

       1.4.Анизотропия поверхностного натяжения, равновесная форма кристалла.

 

II. АТОМНАЯ СТРУКТУРА ЧИСТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

       2.1. Двумерная кристаллическая решетка, двумерные решетки Браве.

       2.2. Обозначения поверхностей монокристаллов и атомных структур: матричное описание, обозначение Вуда.

       2.3. Изменение межплоскостных расстояний у поверхности. Зависимость от шероховатости грани. Механизмы, ответственные за эти изменения.

       2.4. Релаксация поверхности ионных кристаллов. Полярные и неполярные поверхности. "Взъерошивание" и его причины.

       2.5.Реконструкция поверхности металлов. Взъерошивание, спаривание, гофрировка, модель пропущенных рядов, фазовый переход. Возможность изменения валентности на поверхности.

       2.7. Реконструкция на поверхности полупроводников. Кремний (111)

       2.8. Фасетирование поверхности.

       2.9. Влияние дефектов (ступени, адчастицы) на структуру поверхности

       2.10. Структура поверхности и ее физические свойства: изменение электронной структуры, работы выхода, поверхностной проводимости и т.п. при реконструкции.

       2.11.Колебания поверхностных атомов. Среднеквадратичное смещение атомов на поверхности, температура Дебая, термическое расширение на поверхности.

 

III.ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

       3.1. Модельные представления потенциала на поверхности: приближение сильной связи, модель желе-металла, приближение самосогласованной решетки.

       3.2. Поверхностные состояния Тамма. Метод ЛКАО

       3.3. Поверхностные состояния Шокли

       3.4. Поверхностные состояния. Приближение почти свободных электронов

       3.5. О возможности изменения ширины запрещенной зоны на поверхности

       3.6. Поверхностная (проектированная) зона Бриллюэна. Связанные поверхностные состояния, резонансные и антирезонансные поверхностные состояния. Влияние реконструкции поверхности. Локальная плотность электронных состояний.

       3.7. Экспериментальные исследования электронной структуры поверхности металлов.

       3.8. Изменение потенциала и распределение электронной плотности у поверхности

             3.8.1. Желе-модель металла

             3.8.2. Метод функционала плотности: электронный газ с почти постоянной плотностью, плавно меняющаяся электронная плотность.

             3.8.3. Способы реализации метода функционала плотности: расширенный метод Томаса-Ферми, усовершенствованный метод Хартри, вариационный метод.

             3.8.4. Электронная плотность и потенциал у поверхности

             3.8.5. Работа выхода. Обменно-корреляционная дырка, поляризационная часть работы выхода. Двойной слой. Роль шероховатости поверхности.

             3.8.6. Поверхностная энергия

             3.8.7. Учет атомной структуры поверхности

             3.8.8. Взаимодействие заряда с поверхностью

             3.8.9.Влияние внешнего электрического поля

 

IV. АДСОРБЦИЯ

       4.1. Кинетика адсорбции. Теория Ленгмюра. Изотерма Ленгмюра.

       4.2. Полимолекулярная адсорбция, теория БЭТ.

       4.3. Физическая и химическая адсорбция. Силы, приводящие к физической адсорбции: ориентационные, поляризационные, дисперсионные, репульсивные. Потенциал Леннарда-Джонса. Модель попарных взаимодействий и ее критика. Химическая связь: метод молекулярных орбиталей, теория валентных связей. Заселенность перекрывания, локальная плотность состояний.

       4.4. Электронное состояние адатома. Модель Герни. Теория Ньюнса, роль корреляционной энергии. Пространственное распределение электронной плотности.

       4.5. Энергия связи адатомов с поверхностью. Особенности химической связи на поверхности. Полуэмпирический метод оценки энергии адсорбции, метод Хигучи. Электроотрицательность.

       4.6. Латеральное взаимодействие адатомов. Прямое и косвенное взаимодействие.

       4.7. Структура адсорбированных слоев. Фазовая диаграмма. Согласованные и несогласованные решетки.

       4.8. Изменение работы выхода при адсорбции. Дипольная модель, модель Лэнга.

       4.9. Поверхностная диффузия. Уравнения Фика. Константы поверхностной диффузии. Анизотропия. Зависимость от концентрации, механизмы поверхностной диффузии: ловушечный, механизм "разворачивающегося ковра", солитонный. Компенсационный закон.

 

V. ТОНКИЕ ПЛЕНКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

       5.1. Механизмы роста пленок. Послойный рост (механизм Франка-ван-дер-Мерве), островковый (механизм Фольмера-Вебера), механизм Странски-Крастановой.

       5.2.Эпитаксия. Ориентационные соотношения Нишиямы-Вассермана и Курдюмова-Сакса

       5.3.Зародыши и их образование. Влияние условий роста на размеры кристаллитов.

       5.4.Электропроводность диспергированных пленок. Механизмы: термоэлектронная эмиссия, туннелирование, активированное туннелирование, туннелирование через подложку.

       5.5.Электропроводность тонких сплошных пленок. Уравнение Больцмана, приближение времени релаксации. Диффузное и зеркальное отражение электронов от поверхности, параметр Фукса.

 

Литература

1.Э.Зенгуил "Физика поверхности". М., Мир, 1990. 536 стр.

2.Ф.Бехштедт, Р.Эндерлайн "Поверхности и границы раздела полупроводников". М., Мир, 1990.

3..Сб."Новое в исследовании поверхности твердого тела" Ред. Т.Джайядевайя, Р.Ванселов. М., Мир, 1977, т.1., вып.1, с.211-234.

4. Ред. Дж. Смит "Теория хемосорбции" М., Мир. 1983.

5.Ред. С.Лундквист, Н. Марч "Теория неоднородного электронного газа" М., Мир, 1987.

6.А.Г.Наумовец, "Исследование структуры поверхностей методом ДМЭ", УФЖ, 23, 10 (1978)

7.Б.А.Нестеренко, В.Г.Ляпин "Фазовые переходы на свободных гранях и межфазных границах в полупроводниках". Киев, "Наукова Думка", 1990, 152 с.

8.М.А.Васильев "Структура и динамика поверхностей переходных металлов" Киев, "Наукова Думка", 1988, 245 с.

9.Р.Хофман "Строение твердых тел и поверхностей (Взгляд химика-теоретика)" М., Мир. 1990.

10.Н.Лэнг "Применение МФП к изучению электронной структуры металлических поверхностей и систем типа металл-адсорбат". В сб. "Теория неоднородного электронного газа". Ред. С.Лундквист, Н.Марч. М., Мир,1987, с.318-395.

11.А.Я.Беленький "Электронные поверхностные состояния в кристаллах". УФН, 134, № 1, 125-145, 1981.

12.С.Дэвисон, Джевин "Поверхностные (Таммовские) состояния". М., Мир, 1973.

13.М.Б.Партенский Поверхность, N10, 15-32 1982.

14.М.Б.Партенский УФН, 128, 1. 68,1979.

15.Я.деБур "Динамический характер адсорбции". М., ИИЛ, 1962, 290 стр.

16.Cб. "Межфазовая граница. Газ-твердое тело", ред.Э.Флада. М., Мир,1970 (III глава, С.Брунауэр... с.77-97)

17.Л.А.Большов, А.П.Напартович, А.Г.Наумовец, А.Г.Федорус "Субмонослойные пленки на поверхности металлов". - УФН. 122, 1, 125-158

18.Сб. "Теория хемосорбции". Ред. Джмит. М., Мир, 1983.

19.О.М.Браун, В.К.Медведев "Взаимодействие между частицами, адсорбированными на поверхности металла". - УФН, 155, 4. 631-666, 1989.

20.К.Л.Чопра "Электрические явления в тонких пленках". М., Мир, 1972.

21.Ю.Ф.Комник "Физика металлических пленок" М., Атомиздат, 1979.