文档介绍：薄膜生长与薄膜结构
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第二讲 薄膜材料的形核与生长
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从人类开始制作陶瓷器皿的彩釉算起, 薄膜的制备与应用已经有一千多年的发展历史。
从制备技术、分析方入射原子与固体表面原子之间的吸附由化学键结合力起作用。
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吸附、表面扩散与凝结
化学吸附和物理吸附
从结合状态或者键的角度：
化学吸附：物体表面上的原子键处于不饱和状态，靠键的方式将原子或分子吸附于表面；
例如：共享电子或者交换电子的金属键、共价键、离子键等。
物理吸附：表面原子键处于饱和状态，表面是非活性的，只是由于范德华力（弥散力）、电偶极子和电四极子等的静电的相互作用等而将原子或分子吸附在表面上。
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吸附、表面扩散与凝结
发生何种吸附? 物理吸附还是化学吸附? 取决于：
入射原子的种类；
入射原子的能量；
基板材料；
基板的表面结构和状态。
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吸附、表面扩散与凝结
化学吸附和物理吸附位能曲线
物理吸附的场合：吸附的分子落在位能最低点，并在其附近作热振动。
Hp：物理吸附的吸附热, 或者脱附表面的活化能（从表面脱附所必要的能量）。
Hc：化学吸附的吸附热。
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吸附、表面扩散与凝结
Hp：脱附表面的活化能（从表面脱附所必要的能量）或者物理吸附的吸附热。
物理吸附的吸附热Hp，kcal/mol
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吸附、表面扩散与凝结
吸附的位能曲线
Ea：化学吸附活化能。
Hc：化学吸附的吸附热
在化学吸附的场合：靠近表面的分子首先被物理吸附，如果由于某种原因使它获得了足够的能量而越过A点，就会发生化学吸附，结果放出大量的能量来。
Ed=Hc十Ea：化学吸附的脱附活化能
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吸附、表面扩散与凝结
脱附活化能（Ed）
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吸附、表面扩散与凝结
化学吸附的吸附热（Hc）和化合物的生成热
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吸附、表面扩散与凝结
碰撞表面的分子是照原样反射回空间，还是失去其动能（动能传递给表面原子）而被吸附于位能最低点呢？
吸附的几率和吸附时间
物理吸附系数：碰撞表面的气体分子被物理吸附的几率
化学吸附系数：碰撞表面的气体分子被化学吸附的几率
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吸附、表面扩散与凝结
物理吸附系数：
气体：～1
蒸发金属：～1
300K的气体的物理吸附系数
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吸附、表面扩散与凝结
化学吸附系数：
对表面结构情况敏感，测试结果呈现分散。
清洁金属表面：~1
温度越高，化学吸附系数越小。
钨表面对氮的初始化学吸附系数
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吸附、表面扩散与凝结
平均吸附（停留）时间a：吸附原子或分子一次从吸附于表面开始，到脱附表面为止的平均时间。
v：表面原子的振动频率
k：玻尔兹曼常数
T：固体表面温度
Ed：化学吸附的脱附活化能
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吸附、表面扩散与凝结
平均吸附时间a：
平均吸附时间a与脱附活化能Ed及基板温度T之间的关系
温度T越高,平均吸附时间越短;
脱附活化能越大,平均吸附时间越长
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吸附、表面扩散与凝结
气体在金属表面上的化学吸附
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吸附、表面扩散与凝结
表面扩散：入射到基板表面上的气相原子被表面吸附后，失去了在表面法线方向的动能，只具有与表面水平方向相平行运动的动能。依靠这种动能，被吸附原子在表面上沿不同方向做表面扩散运动。在表面扩散过程中,单个吸附原子间相互碰撞形成原子对之后才能凝结, 所以吸附原子的表面扩散运动是形成凝结的必要条件。
吸附原子表面扩散示意图
ED大约是脱附活化能Ed的1/6~1/2。
Ed：脱附活化能
ED：表面扩散激活能
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吸附、表面扩散与凝结
一些典型体系中脱附活化能Ed和表面扩散激活能ED的实验值
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吸附、表面扩散与凝结
平均表面扩散时间D：吸附原子在一个吸附位置上的停留时间
0’：原子沿表面水平方向振动的周期，10-13～l0-12s。一般认为0’＝ 0
k：玻耳兹曼常数
T：固体表面温度。