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1、2019/1/12,1,思考题： 什么是表面态、什么是表面分子？它们相互关系和各自适用的场合。 详细说明固体表面可能成键的类型、性质和键能量级。 什么是Lewis酸位、Bronsted酸位，它们在什么条件下可以互相转换。 说明外来粒子在半导体表面上离子型吸附和共价型吸附的不同。,2019/1/12,2,表面化学物理 授 课 人： 王德军 吉林大学化学学院 学 时： 72 联系电话 ： 85168092,2019/1/12,3,第一章 引言 第二章 空间电荷效应 第三章 实验方法 第四章 清洁表面 第五章 外来物质在固体表面上成键 第六章 固气界面(吸附) 第七章 固液界面 第八章 半导体表面的
2、光效应 第九章 光化学与光物理过程,内容：,2019/1/12,4,参考书： 二维表面化学 半导体物理,2019/1/12,5,1.1 表面态和表面位置 表面的化学描述和电子描述的比较 表面分子模型 能带结构模型 各自的特点、区别、适用环境,2019/1/12,6,能带理论： 不定域的Bloch波函数 KUKe 2irk 电子填充方式 在原子中(n,l,m,ms) 在固体中 K 标识状态,2019/1/12,7,表面态 本征表面态和非本征表面态 表面态 b) 表面态形成原因：,是指与体相能级不同的那些定域的表面电子能级,1. 本征 (面、线、点) 2. 外来粒子吸附 3. 氧化物的氧释出和渗入
3、,本征表面态,非本征表面态,2019/1/12,8,Tamm态 和 Schockly态 Tamm态 Schockly态,体相,体相,2019/1/12,9,d) 表面态能级与体相能级的差异 1）在能量上不同与体相能级 2）显定 域性 ？ 3）它与体相的非定域轨道进行电子交换 ？,导带,价带,表面态,2019/1/12,10,表面分子模型 表面位置：,在某一方面具有活性的微观表面原子或原子基团,均匀表面 共价键 悬空键 成键轨道 反键轨道 离子键 阴离子 阳离子,也可以是高电场的一个位置可以吸附极性分子,2019/1/12,11,内禀态的原子尺度： 1019 原子/m2,b) 不均匀表面： 二维
4、表面、一维表面、零维表面 缺陷 台阶 位错,2019/1/12,12,图1.4 位置不均匀性的某些来源,2019/1/12,13,c) 表面杂质 混合氧化物,Ag / TiO2 ,2019/1/12,14,Fe 2+ Fe 3+ + e (1-1),能带模型 重视表面态能级与体相的电子交换 表面位置 注重于表面离子与基底的相互作用,表面位置：,能带模型：,2019/1/12,15,图1.1 一些氧化还原对的表面态，说明粒子的化学性质改变时预期的能级变化。此例中的半导体是ZnO。图中所标出的表面态与能带的相对位置将在正文中进一步讨论。,2019/1/12,16,3. 能带图上表示的表面态能级 a
5、) 能带的形成 b) 金属、半导体、绝缘体的能带表示 c) 半导体 本征半导体 n-型半导体 p-型半导体,2019/1/12,17,金属,金属,金属,金属,2019/1/12,18,各种类型固体中N（E）随E的变化函数的几种情况； （a d )金属；(e) 绝缘体；(f )本征半导体,绝缘体,半导体,2019/1/12,19,本征半导体,半导体的能带表示,2019/1/12,20,n-型半导体,2019/1/12,21,p-型半导体,2019/1/12,22,d) 禁带宽度的测定 1. UPS 2. 吸收光谱（反射吸收光谱） 3. 表面光电压谱 4. STS（隧道扫描谱）,2019/1/12
6、,23,e) 杂质能级在能带图的表示,n-型半导体的杂质能级,e,e,e,e,e,e,2019/1/12,24,p-型半导体的杂质能级,+ + + + +,2019/1/12,25,f ) 表面态能级在能带图上的表示,2019/1/12,26,1.1.3 在表面态模型中的Fermi能级 1KT=0.025 eV 在 25,预期：,2019/1/12,27,1.1.4 表面位置模型和表面态模型的应用范围,一般说，在处理半导体时，按表面态和刚性能带模 型来描述表面是最有效的。, 用固体中存在能带这一观点改造过的表面位置模型， 或用局部化学过程改造过的表面态模型就可以解释这 些特征。单纯用一种模型完
7、全满意地描述表面性能的 场合成实是很少的。,揭示表面分子和刚性能带这两种模型的对比关系和部分 一致性。即从以定域分子轨道描述和离域能带近似法的 结合为基础的模型出发来引出表面态能级。,2019/1/12,28,1.2 外来物质与固体表面成键 1.2.1 相互作用类型,2019/1/12,29,2019/1/12,30,2019/1/12,31,1）吸附质离子型吸附成键:,来自固体导带的自由电子，或来自价带的自由空穴被表面粒子俘获(或注入)，离子吸附是离子键的一种情况。外来吸附质被电离，被吸附离子与其异号离子可以相距几百埃，因此不存在电子共享。,2019/1/12,32,由局部作用力，即纯“化学
8、键”来抓住吸附的外来粒子 没有电子从固体能带中转移出来，只有吸附粒子与团体的一个或几个表面原子间的化学结合，形成“悬空键”。,2）表面化学键,2019/1/12,33,2019/1/12,34,在固体吸引气态碱或酸时，在离子型半导体或绝缘体上还会有另一种形式的定域键： 即 酸碱共价键,3）表面酸碱吸附,2019/1/12,35,2019/1/12,36,L,B,2019/1/12,37,局部成键也可以依赖于所谓晶体场或配位场效应。晶体场理论来源于强调成键方向性。,4) 局部偶极子偶极子作用,极性分子吸附在离子型固体上，这种吸引作用会很强。如果非极性分子吸附在极性固体上，可以产生诱导偶极子，所以相互吸引作用较弱。,5）晶体场或配位场效应,2019/1/12,38,2019/1/12,39,2019/1/12,40,2019/1/12,41,2019/1/12,42,成键轨道构成价带 反键轨道或空轨道构成导带,2019/1/12,43,2019/1/12,44,2019/1/12,45,2019/1/12,46,
