K. Oura, V. G. Lifshits, A. A. Saranin,
A. V. Zotov, M. Katayama
Surface Science
An Introduction
Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2003

Рецензенты:
д-р ф.-м. наук Н. Г. Галкин
к-т ф.-м. наук К. Н. Ельцов

Утверждено к печати Учёным советом Института автоматики и процессов управления ДВО РАН

Формат 70x100 1/16. Печать офсетная

Книга посвящена физике поверхности. Она даёт необходимую вводную информацию для исследователей, которые только начинают работать в данной области. Книга содержит все наиболее важные аспекты современной науки о поверхности от экспериментальной базы и основ кристаллографии до современных аналитических методов и их использования в изучении тонких плёнок и наноструктур.

Для специалистов в области физики поверхности, аспирантов, студентов старших курсов инженерных и физических специальностей.

Введение	13

Глава 1. Основы двумерной кристаллографии	16

1.1. Двумерные решётки	16
1.1.1. Решётка, базис и кристаллическая структура (трёхмерный случай)	16
1.1.2. Концепция двумерной (2D) решётки	17
1.1.3. Двумерные решётки Браве	18
1.2. Индексы Миллера плоскостей кристалла	18
1.2.1. Определение индексов Миллера	18
1.2.2. Низкоиндексные плоскости некоторых важных кристаллов	21
1.2.3. Высокоиндексные ступенчатые поверхности	22
1.3. Индексы направлений	24
1.4. Запись для описания структуры поверхности	25
1.4.1. Матричная запись	25
1.4.2. Запись Вуда	25
1.4.3. Некоторые примеры	26
1.5. Двумерная обратная решётка	28
1.6. Зона Бриллюэна	30
Задачи	32
Дополнительная литература	32

Глава 2. Экспериментальные условия	33

2.1. Почему нужен сверхвысокий вакуум?	33
2.2. Основные понятия вакуумной техники	35
2.3. Техника сверхвысокого вакуума	37
2.3.1. СВВ материалы	38
2.3.2. СВВ система откачки	40
2.3.3. Сверхвысоковакуумное оборудование	49
2.4. Приготовление атомарно чистой поверхности	52
2.4.1. Скол	52
2.4.2. Прогрев	54
2.4.3. Химическая обработка	54
2.4.4. Ионное распыление и отжиг	55
2.5. Техника напыления в вакууме	56
2.5.1. Основные понятия	56
2.5.2. Источники напыления	59
2.5.3. Кварцевый измеритель толщины плёнок	62
2.5.4. Экспозиция образцов в газах	63
Задачи	64
Дополнительная литература	66

Глава 3. Методы анализа поверхности I. Дифракция	67

3.1. Дифракция медленных электронов (ДМЭ)	68
3.1.1. Построение Эвальда для ДМЭ	68
3.1.2. Аппаратура ДМЭ	69
3.1.3. Интерпретация картины ДМЭ	71
3.2. Дифракция быстрых электронов (ДБЭ)	80
3.2.1. Построение Эвальда для ДБЭ	80
3.2.2. Аппаратура ДБЭ	81
3.2.3. ДБЭ анализ	82
3.3. Рентгеновская дифракция под скользящими углами (РДСУ)	87
3.3.1. Преломление рентгеновских лучей при скользящем падении	87
3.3.2. Построение Эвальда для РДСУ и основы кинематической теории
дифракции	89
3.3.3. Экспериментальное оборудование для РДСУ	91
3.3.4. Структурный анализ с помощью РДСУ	91
3.4. Другие дифракционные методы	95
3.4.1. Просвечивающая электронная дифракция	95
3.4.2. Атомное рассеяние	96
3.4.3. Фотоэлектронная дифракция и электронная оже-дифракция	97
Задачи	97
Дополнительная литература	98

Глава 4. Методы анализа поверхности II. Электронная спектроскопия	99

4.1. Общие замечания	99
4.1.1. Чувствительность к поверхности	99
4.1.2. Спектр вторичных электронов	100
4.1.3. Анализаторы энергии электронов	101
4.2. Электронная оже-спектроскопия (ЭОС)	105
4.2.1. Физические принципы	105
4.2.2. Экспериментальное оборудование для ЭОС	107
4.2.3. Оже-анализ	109
4.3. Спектроскопия характеристических потерь энергии электронами (СХПЭЭ)	114
4.3.1. СХПЭЭ глубоких уровней	115
4.3.2. Спектроскопия характеристических потерь энергии электронами	116
4.3.3. СХПЭЭ высокого разрешения	120
4.4. Фотоэлектронная спектроскопия (ФЭС)	123
4.4.1. Фотоэлектрический эффект	123
4.4.2. Экспериментальное оборудование ФЭС	124
4.4.3. Анализ с помощью метода ФЭС	126
Задачи	134
Дополнительная литература	134

Глава 5. Методы анализа поверхности III. Зондирование ионами	136

5.1. Основные принципы	136
5.1.1. Классическое соударение двух частиц	136
5.1.2. Сечение рассеяния	140
5.1.3. Затенение и блокировка	141
5.1.4. Каналирование	144
5.1.5. Распыление	145
5.1.6. Ионно-стимулированные электронные процессы	148
5.2. Спектроскопия рассеяния медленных ионов	152
5.2.1. Общие замечания: достоинства и проблемы	152
5.2.2. Рассеяние ионов щелочных металлов и времяпролётный анализ	153
5.2.3. Количественный структурный анализ в геометрии прямого
столкновения	156
5.3. Спектроскопия резерфордовского обратного рассеяния и спектроскопия рассеяния ионов средних энергий	159
5.3.1. Общие замечания	159
5.3.2. Поверхностный пик	160
5.3.3. Анализ тонких плёнок	166
5.4. Анализ частиц упругой отдачи	167
5.5. Вторичная ионная масс-спектроскопия	170
Задачи	173
Дополнительная литература	174

Глава 6. Методы анализа IV. Микроскопия	175

6.1. Полевая эмиссионная микроскопия	175
6.2. Полевая ионная микроскопия	177
6.3. Просвечивающая электронная микроскопия	180
6.4. Отражательная электронная микроскопия	183
6.5. Микроскопия медленных электронов	185
6.6. Сканирующая электронная микроскопия	187
6.7. Сканирующая туннельная микроскопия	191
6.8. Атомно-силовая микроскопия	196
Задачи	201
Дополнительная литература	201

Глава 7. Атомная структура чистых поверхностей	203

7.1. Релаксация и реконструкция	203
7.2. Релаксированные поверхности металлов	206
7.2.1. Аl(110)	206
7.2.2. Fe(211)	207
7.3. Реконструированные поверхности металлов	209
7.3.1. Pt(100)	209
7.3.2. Pt(110)	210
7.3.3. W(100)	212
7.4. Поверхность графита	213
7.5. Поверхности элементарных полупроводников	214
7.5.1. Si(100)	214
7.5.2. Si(111)	216
7.5.3. Ge(111)	221
7.6. Поверхности сложных полупроводников типа A^IIIB^V	223
7.6.1. GaAs(110)	223
7.6.2. GaAs(111) и GaAs(111)	224
Задачи	227
Дополнительная литература	228

Глава 8. Атомная структура поверхностей с адсорбатами	229

8.1. Поверхностные фазы в субмонослойных системах адсорбат/подложка	229
8.2. Состав поверхностных фаз	231
8.2.1. Покрытие адсорбата	231
8.2.2. Покрытие атомов подложки	232
8.2.3. Экспериментальное определение состава	234
8.3. Фазовая диаграмма	240
8.4. Поверхности металлов с адсорбатами	246
8.4.1. Семейство структур sqrt(З) х sqrt(3) на поверхности (111) металлов с
г.ц.к. решёткой	246
8.4.2. Ni(110)2x1-CO	249
8.4.3. Структуры n x 1 в системах Pb/Cu(110), Bi/Cu(110),
Li/Cu(110) и S/Ni(110)	250
8.5. Поверхности полупроводников с адсорбатами	253
8.5.1. Семейство структур sqrt(З) х sqrt(3) на Si(111) и Ge(111)	253
8.5.2. Фазы 2x1, 1x1 и 3x1 в системе H/Si(100)	258
Задачи	261
Дополнительная литература	262

Глава 9. Структурные дефекты поверхности	263

9.1. Общее рассмотрение с использованием модели ТСИ	263
9.1.1. Точечные дефекты	264
9.1.2. Ступени, сингулярные и вицинальные поверхности, фасетки	267
9.2. Некоторые реальные примеры	272
9.2.1. Адатомы	272
9.2.2. Вакансии	275
9.2.3. Дефекты замещения	279
9.2.4. Дислокации	280
9.2.5. Доменные границы	283
9.2.6. Ступени	288
9.2.7. Фасетирование	293
Задачи	295
Дополнительная литература	296

Глава 10. Электронные свойства поверхности	297

10.1. Основы теории функционала плотности	297
10.2. Модель желе	300
10.3. Поверхностные состояния	303
10.4. Электронная структура некоторых поверхностей	309
10.4.1. Si(111)2x1	310
10.4.2. Si(111)7x7	311
10.4.3. Si(111)1x1-As	313
10.4.4. Si(111)-sqrt(З) х sqrt(3)-In	314
10.5. Поверхностная проводимость	315
10.6. Работа выхода	321
10.6.1. Работа выхода металлов	321
10.6.2. Работа выхода полупроводников	323
10.6.3. Измерения работы выхода	324
Задачи	330
Дополнительная литература	331

Глава 11. Элементарные процессы на поверхности I. Адсорбция и десорбция	332

11.1. Кинетика адсорбции	332
11.1.1. Зависимость от покрытия	333
11.1.2. Зависимость от температуры	339
11.1.3. Зависимость от угла и кинетической энергии	342
11.2. Термическая десорбция	343
11.2.1. Кинетика десорбции	343
11.2.2. Десорбционная спектроскопия	347
11.3. Изотермы адсорбции	353
11.4. Нетермическая десорбция	357
Задачи	361
Дополнительная литература	362

Глава 12. Элементарные процессы на поверхности II. Диффузия	363

12.1. Основные уравнения	363
12.1.1. Случайное блуждание	363
12.1.2. Законы Фика	365
12.2. Диффузия отдельного атома и химическая диффузия	369
12.3. Собственная диффузия и диффузия массопереноса	370
12.4. Анизотропия поверхностной диффузии	372
12.5. Атомные механизмы поверхностной диффузии	375
12.5.1. Прыжковый механизм	375
12.5.2. Механизм атомного обмена	377
12.5.3. Механизм туннелирования	378
12.5.4. Вакансионный механизм	379
12.6. Поверхностная диффузия кластеров	381
12.7. Поверхностная диффузия и формирование фаз	385
12.8. Поверхностная электромиграция	387
12.9. Экспериментальное изучение поверхностной диффузии	389
12.9.1. Прямое наблюдение за атомами	389
12.9.2. Метод изменения профиля	390
12.9.3. Капиллярные методы	393
12.9.4. Метод островков	395
Задачи	396
Дополнительная литература	397

Глава 13. Рост тонких плёнок	398

13.1. Механизмы роста	398
13.2. Зарождение и рост островков	401
13.2.1. Поверхностная концентрация островков	401
13.2.2. Форма островков	406
13.2.3. Распределение островков по размеру	410
13.2.4. Островки вакансий	416
13.3. Кинетические эффекты в гомоэпитаксии	418
13.4. Эффекты механических напряжений при гетероэпитаксии	421
13.5. Методы роста тонких плёнок	423
13.5.1. Молекулярно-лучевая эпитаксия	423
13.5.2. Твердофазная эпитаксия	425
13.5.3. Химическая лучевая эпитаксия	426
13.6. Рост в присутствии сурфактантов	428
Задачи	431
Дополнительная литература	431

Глава 14. Атомные манипуляции и формирование наноструктур	433

14.1. Объекты нанометрового масштаба и пониженной размерности	433
14.2. Атомные манипуляции с помощью СТМ	437
14.2.1. Перемещение атомов вдоль поверхности	438
14.2.2. Удаление атомов	445
14.2.3. Осаждение атомов	448
14.3. Самоорганизация	450
14.4. Фуллерены и углеродные нанотрубки	455
Дополнительная литература	462

Литература	464

Предметный указатель	482

Книги на ту же тему

Методы анализа поверхностей, Зандерна А. В., ред., 1979
Электронные свойства двумерных систем, Андо Т., Фаулер А., Стерн Ф., 1985
Плазменная технология в производстве СБИС, Айнспрук Н., Браун Д., ред., 1987
Физические основы лазерной резки толстых листовых материалов, Ковалёв О. Б., Фомин В. М., 2013
Молекулярная теория адсорбции в пористых телах, Товбин Ю. К., 2013
Физико-химия поверхности полупроводников, Волькенштейн Ф. Ф., 1973
Неравновесные приповерхностные процессы в полупроводниках и полупроводниковых приборах, Зуев В. А., Саченко А. В., Толпыго К. Б., 1977
Химическая физика поверхности твёрдого тела, Моррисон С., 1980
Роль поверхностных явлений в структурно-механическом поведении твёрдых полимеров, Волынский А. Л., Бакеев Н. Ф., 2014
Нанотехнологии в микроэлектронике, Агеев О. А., Коноплёв Б. Г., ред., 2019
Тонкие плёнки, их изготовление и измерение, Метфессель С., 1963
Теория, технология и оборудование диффузионной сварки: Учебник для вузов, Бачин В. А., Квасницкий В. Ф., Котельников Д. И., Новиков В. Г., Полушкин Г. П., 1991
Структура и свойства внутренних поверхностей раздела в металлах, Бокштейн Б. С., Копецкий Ч. В., Швиндлерман Л. С., Орлов А. Н., Клингер Л. М., Горбунов Д. А., Иевлев В. М., Мишин Ю. М., Разумовский И. М., Бокштейн С. З., Алешин А. Н., Прокофьев С. И., Страумал Б. Б., Фрадков В. Е., 1988

elapsed time 0.017 sec

/Наука и Техника/Физика

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему