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第一章 相平衡和界面相 1

1.1 相平衡 1

1.2 元素和合金的相图 3

1.3 固溶体的能量 5

1.4 固溶体的组态熵 7

1.5 界面相 9

1.6 界面曲率半径的影响 14

1.7 晶体表面能、界面能和黏附能 14

1.8 固体表面张力的测定方法 18

1.9 表面能对薄膜稳定性的影响 20

参考文献 22

第二章 晶体和晶体表面的对称性 23

2.1 晶体的对称性 23

2.1.1 晶体的平移对称性(平移群) 23

2.1.2 14种布拉维点阵和7种晶系 25

2.1.3 32种点群 28

2.1.4 230种空间群 30

2.1.5 群的基本概念 31

2.2 晶体表面的对称性 33

2.2.1 晶体表面的平移对称性 33

2.2.2 5种二维布拉维点阵和4种二维晶系 34

2.2.3 10种二维点群 36

2.2.4 17种二维空间群 37

2.3 晶面间距和晶列间距公式 39

2.3.1 晶面间距公式 39

2.3.2 晶列间距公式 40

2.4 倒易点阵 41

2.4.1 三维倒易点阵 41

2.4.3 倒易点阵矢量和晶列、晶面的关系 42

2.4.2 二维倒易点阵 42

参考文献 46

第三章 晶体表面原子结构 47

3.1 晶体表面的原子结构 47

3.2 表面原子的配位数 53

3.3 表面的台面-台阶-扭折(TLK)结构 55

3.4 邻晶面上原子的近邻数 58

3.5 晶体表面能的各向异性 59

3.6 台阶和台面的粗糙化 63

参考文献 64

第四章 再构表面和吸附表面 65

4.1 再构表面和吸附表面结构的标记 65

4.2 半导体再构表面结构 67

4.2.1 Si(111) 67

4.2.2 Si(001) 70

4.2.3 Si(110) 73

4.2.4 Ge(111) 74

4.2.5 Ge(001) 75

4.2.6 GeSi(111) 75

4.2.7 GaAs(11O) 76

4.2.8 GaAs(001) 77

4.2.9 GaAs(111) 77

4.3 金属再构表面结构 78

4.4 吸附表面结构 78

4.4.1 物理吸附和化学吸附 78

4.4.2 Si 吸附表面 81

4.4.3 Ge 吸附表面 83

4.4.4 GaAs 吸附表面 83

4.5 表面相变 84

4.4.5 金属吸附表面 84

参考文献 85

第五章 薄膜中的晶体缺陷 87

5.1 密堆积金属中的点缺陷 87

5.1.1 八面体间隙 88

5.1.2 四面体间隙 88

5.2 半导体中的点缺陷 91

5.2.1 四面体间隙 92

5.2.2 六角间隙 93

5.2.3 点缺陷的畸变组态 94

5.2.4 替代杂质原子 96

5.3 表面点缺陷 98

5.4 位错和层错 103

5.4.1 面心立方金属中的位错和层错 103

5.4.2 金刚石结构中的位错和层错 107

5.4.3 闪锌矿结构中的位错和层错 111

5.4.4 纤锌矿结构中的位错和层错 113

5.5 孪晶界和其他面缺陷 114

参考文献 117

第六章 外延薄膜中缺陷的形成过程 118

6.1 晶格常数和热膨胀系数的影响 118

6.2 异质外延薄膜中的应变 122

6.2.1 外延薄膜的错配度 122

6.2.2 异质外延薄膜中的应变 123

6.3 外延薄膜中的错配位错 125

6.3.1 产生错配位错的驱动力 125

6.3.2 错配位错的成核和增殖 128

6.4 岛状薄膜中的应变和错配位错 133

6.5 外延薄膜中其他缺陷的产生 136

参考文献 140

第七章 薄膜中的扩散 141

7.1 扩散的宏观定律和微观机制 141

7.2 短路扩散 144

7.3 半导体晶体中的扩散 147

7.4 短周期超晶格中的互扩散 149

7.5 反应扩散 151

7.6 表面扩散 155

7.6.1 表面扩散的替代机制 157

7.6.2 表面扩散系数 160

7.6.3 增原子落下表面台阶的势垒 162

7.7 表面扩散的实验研究方法 163

7.8 电迁移 166

参考文献 168

8.1 体相中均匀成核 170

第八章 薄膜的成核长大热力学 170

8.2 衬底上的非均匀成核 172

8.3 成核的原子模型 176

8.4 衬底缺陷上成核 179

8.5 薄膜生长的三种模式 181

8.6 薄膜生长三种模式的俄歇电子能谱(AES)分析 188

参考文献 189

第九章 薄膜的成核长大动力学 190

9.1 成核长大的热力学和动力学 190

9.2 起始沉积过程的分类 195

9.3 成核率 199

9.4 临界晶核为单个原子时的稳定晶核密度 201

9.5 临界晶核为多个原子时的稳定晶核密度 204

9.6 成核长大动力学的透射电子显微镜研究 206

9.7 合并过程和熟化过程的影响 208

9.8 成核长大过程的计算机模拟 210

9.9 厚膜的生长 213

参考文献 215

第十章 金属薄膜的生长 216

10.1 金属超薄膜的成核过程 216

10.2 二维晶核的形貌 218

10.2.1 二维岛的分形生长 218

10.2.2 二维岛的枝晶状生长 221

10.2.3 二维岛的规则形状生长 222

10.3 准二维逐层生长和再现的逐层生长 225

1O.4 表面剂对二维逐层生长的促进作用 228

10.5 巨磁电阻金属膜的生长 230

10.5.1 巨磁电阻多层金属膜 231

10.5.2 巨磁电阻金属颗粒膜 235

10.6 作为软 X 射线元件的周期性多层膜的生长及其热稳定性 236

参考文献 238

第十一章 半导体薄膜的生长 240

11.1 台阶流动和二维成核 240

11.2 自组织量子线和量子点的形成 247

11.3 双层台阶的形成 248

11.4 超晶格的生长和化学组分突变界面的形成 250

11.5 实际半导体薄膜的生长 252

11.5.1 半导体的一些性质 252

11.5.2 SiGe 薄膜的生长 253

11.5.3 金刚石薄膜的生长 256

11.5.4 SiC 薄膜的生长 259

11.5.5 BN 薄膜的生长 261

11.5.6 GaN 薄膜的生长 262

11.5.7 AlN 薄膜的生长 265

11.6.1 非晶态的分类(非金属) 266

11.6 非晶态薄膜的生长 266

11.6.2 非晶态材料的原子结构 268

11.6.3 非晶态结构的计算机模拟 274

参考文献 274

第十二章 氧化物薄膜的生长 277

12.1 氧化物高温超导体薄膜 277

12.2 氧化物磁性薄膜 282

12.2.1 超巨磁电阻氧化物薄膜 282

12.2.2 磁光和磁记录氧化物薄膜 284

12.3 氧化物铁电薄膜 285

12.4 氧化物介质薄膜 286

12.5 氧化物导电薄膜 288

参考文献 289

13.1 分形的一些基础知识 290

第十三章 薄膜中的分形 290

13.1.1 规则几何图形的维数 291

13.1.2 规则分形和它们的分维 291

13.1.3 随机分形 295

13.1.4 随机分形维数的测定 297

13.1.5 标度不变性 299

13.2 多重分形 300

13.2.1 规则的多重分形谱 300

13.2.2 多重分形谱 f(a)的统计物理计算公式 304

13.2.3 随机多重分形谱 f(a)的计算 306

13.3 薄膜中的一些分形现象 313

13.3.1 薄膜生长初期的分形 313

13.3.2 非晶态薄膜中的分形晶化 314

13.3.3 溶液薄膜中的晶体生长 316

13.3.4 其他薄膜中的分形生长 317

参考文献 319

第十四章 薄膜的制备方法 320

14.1 真空蒸发和分子束外延 320

14.1.1 常规的真空蒸发 320

14.1.2 分子束外延 324

14.1.3 热壁生长 328

14.1.4 离子团束生长 328

14.2 溅射和反应溅射 329

14.2.1 溅射 330

14.2.2 磁控溅射 331

14.2.3 离子束溅射 332

14.3 化学气相沉积和金属有机化学气相沉积 333

14.3.1 化学气相沉积(CVD) 333

14.3.2 金属有机化学气相沉积(MOCVD) 335

14.3.3 原子层外延 336

14.4 激光熔蒸(ablation) 337

14.5 液相外延和固相外延 340

14.5.1 液相外延生长 340

14.5.2 固相外延生长 342

14.6 有机薄膜生长 344

14.6.1 朗缪尔-布洛吉特(Langmuir-Blodgett)法 344

14.6.2 自组装单层膜(self-assembled monolayer) 348

14.7 化学溶液涂层法 349

参考文献 353

第十五章 薄膜研究方法 354

15.1 X 射线衍射方法 354

15.1.1 研究晶体结构的衍射方法的物理基础 354

15.1.2 常规 X 射线衍射 359

15.1.3 双晶衍射和三轴晶衍射 360

15.1.4 外延薄膜的一些实验结果 361

15.1.5 全反射衍射方法 363

15.1.6 X 射线吸收谱精细结构(XAFS) 363

15.2 电子显微术 364

15.2.1 电子衍射 366

15.2.2 电子显微衍射衬度像 368

15.2.3 高分辨电子显微像 373

15.2.4 扫描电子显微术 375

15.2.5 电子全息术 380

15.3 表面分析方法 382

15.3.1 反射高能电子衍射(RHEED) 382

15.3.2 低能电子衍射(LEED) 385

15.3.3 反射电子显微术(REM)和低能电子显微术(LEEM) 387

15.3.4 氦原子散射(HAS) 389

15.3.5 俄歇电子能谱(AES) 390

15.3.6 光电子能谱(PES) 394

15.3.7 二次离子质谱(SIMS) 396

15.3.8 场离子显微镜(FIM) 397

15.4 扫描探针显微术(SPM) 399

15.4.1 扫描隧道显微术(STM) 400

15.4.2 原子力显微术(AFM) 402

15.4.3 其他扫描探针显微术 404

15.5 离子束分析方法 405

15.6 光学方法 408

15.6.1 反射光谱和吸收光谱 409

15.6.2 椭偏仪法 410

15.6.3 傅里叶变换红外光谱 412

15.6.4 拉曼光谱 414

15.6.5 光致发光(PL)谱和阴极射线发光(CL)谱 416

参考文献 418