表面物理化学答案
什么是表面态，什么是表面分子，他们的相互关系 及各自试用的场合？表面态：是指与体相能级不同的那些定域的表面电子能级。 表面分子：在某一方面具有活性的微观表面原子或原子基 团。2012-01-042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。详细说明固体表面可能成键的类型、性质和键能数 量级？什么是leiws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 供价型吸附的不同？什么是偶电层，它对固体表面的电学性质和化学性 质有什么影响？定义：两相接触到一定距离时，由于两相的feimi能级的不同，两 相间会有电荷交换，形成一个具有一定厚度的电荷不均匀区，称 为偶电层。电学性质：双电层的形成表示将电荷注入半导体能带或从中抽出 ，因此载流子密度受双电层的影响改变很大，同时还有固体的功 函等都直接受其影响。还有半导体的光电响应的影响，双电层影 响光生电子空穴对的分离与扩散，表面处的双电层对复合率有决 定行的影响。化学性质：固体表面的化学性质也取决于表面双电层。在一个反 应中，参与反应的电子数受双电层的控制，在吸附问题上，当吸 附的粒子为负粒子时，由于静电排斥，所形成的双电层将使靠近 表面处的电子密度减少，降低进一步吸附的速率及吸附能。什么是空间电荷层，指出偶电层和空间电荷层的区 别？在靠近表面处，具有不可移动电荷的区域，由于空 间电荷的存在，此区域的载流子耗尽，因此也称耗 尽层。 空间电荷区与带有异性电荷的表面或空间电荷层组 成偶电层 。什么是耗尽层？什么是反型层？什么是累积层？说 明它们的形成原因及对固体表面的影响。多数载流子耗尽的空间电荷层称为耗 尽层。 多数载流子堆积的空间电荷区称为累 积层。 少数载流子堆积的空间电荷层称为反 型层。形成原因（N型半导体为例）： 表面的受主表面态捕获导带的电 子，在近表面处形成带正电荷的 空间电荷区，形成由表面指向体 相的电场，形成向上的带弯，越 靠近表面，偏离费米能级越多， 电子浓度越低，因此表面处的多 数载流子比体相中的多数载流子 低得多，形成所谓的耗尽层。表面处的施主表面态向导带注入电 子，形成向下的带弯，表面处的多 数载流子比体相的多数载流子浓度 高，形成累积层。表面处的强受主表面态捕获价带的电子 ，形成强的由表面指向体相的自建电场 ，向上的带弯很大，使得表面处的空穴 浓度超过电子浓度，即少子变成多子， 形成反型层。什么是功函？说明利用kelvin探针法测量功函的原理 及应用。功函：自由电子能量和费米能级之差。说明表面电导测试原理，结合图3.2说明倒空层（耗尽层）、 累积层、反型层对表面电导的影响。由于空间电荷区的的存在，载流子浓度发生变化，沿平行于所研究的表面方向的半导体晶体的电导G将改变。耗尽层 电导减小 累积层 电导增大 反型层 电导增大说明场效应（表面电导）测量方法可以提供哪些信 息。垂直与样品表面施加一个电场，在表面上感应出一个已知电 荷，测量由于这个感生电荷引起的电导变化。1.场效应测量提供有关空间电荷区和表面态的资料。感生电荷有些保留在能带中，有些转移到表面态，因此观察 到的电导变化远小于理论值，实际与理论的差值提供表面态 的信息。 2. 场效应测量为表面电导测量提供了一个校准点。场效应符号为零时，可用以校准表面电导。 3.由电导变化的符号可以确定表面是n型还是p型。什么是固体表面的弛豫，重建和重新定位。弛豫：表面原子层垂直表面的移动 重建：平行于表面的移动，特别是能产生周期性间 隔的移动。 重新定位：晶格位置移向一个未必很确定的构型。说明表面光电压谱测量原理，列举两种表面光伏测 量方法光照面材料的势垒发生改变，相对于暗面，两边存 在电势差，就是我们要测量的光电压。如下图所 示。表面光电压谱 Kelvin探针表面光伏技术12:1316图 3. 双面接触的n型半导体，一侧保持暗态，另一侧受光照射，两侧表面势垒高度(Vs)的变化。h暗态利用表面光电压谱测量材料的禁带宽度起峰位的波长对应禁带宽度 例如起峰位是400nm 则禁带宽度为1124/400=2.81eV.起峰位用做切线的方法确定，如下图所示。12:1318Eg = 1/l (nm) × 1240 = 1/390 × 1240 = 3.18 eV半导体材料的禁带宽度的测定l l说明染料敏化光电气敏的检测原理光电气敏的检测原理基于粉末电导的测量：将粉末 样品压片，在光照条件下将样品置于待测气氛中， 测量其电阻或电流，相对于没有待测气体的电阻或 电导的比值就是气敏响应。 光照可以加快气体在样品表面的吸附与脱附，增强 样品对待测气体的响应能力。 染料可以增大样品对光的吸收，并且将对可见光没 有吸收的样品的吸收波长延伸至可见光区。12:1320(a )(b )
