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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