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薄膜生长模式

指数 薄膜生长模式

薄膜生长模式(Modes of thin-film growth)指的是薄膜在材料表面的外延成长中不同的生长机制,由于1958年系统化地归纳为三大类型:岛状生长模式(即Volmer-Weber模式)、层状生长模式(即Frank–van der Merwe模式)和岛状/层状生长模式(即斯特兰斯基-克拉斯坦诺夫模式)。.

目录

  1. 25 关系: 外延 (晶体)中山大学应变 (物理学)伊万·斯特兰斯基低能电子衍射俄歇电子能谱学化学势凝聚力硫化铅表面张力黏附薄膜薄膜生长技术透射电子显微镜成核浸润层斯特兰斯基-克拉斯坦诺夫生长扫描隧道显微镜

外延 (晶体)

晶(Epitaxy),是指一種用於半導體器件製造過程中,在原有晶片上長出新結晶以製成新半導體層的技術。此技術又稱外延成長(Epitaxial Growth),或指以外延技術成長出的結晶,有時可能也概指以外延技術製作的晶粒。 外延技術可用以製造矽電晶體到CMOS積體電路等各種元件,但在製作化合物半導體例如砷化鎵時,外延尤其重要。.

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中山大学

中山大学(简称:中大;Sun Yat-sen University,缩写为SYSU),位于广东省广州市、珠海市和深圳市,是中国大陆的综合性研究型大学,直属于中华人民共和国教育部,由教育部与广东省人民政府共建。 该校前身为孙中山先生于1924年创立的国立广东大学,1926年为纪念创始人孙中山先生改称国立中山大学。1927年国民政府模仿法国“大学区”制度,在全国建立四所中央级“中山大学”,广州的国立中山大学改称为国立第一中山大学,1928年复名为国立中山大学。1952年全国院系调整后直称中山大学。 中山大学是“一流大学建设A类高校”和原“985工程”、原“211工程”重点建设大学,属于中国著名代表高校,具有人文社会科学、医科和理工多学科厚实基础,被誉为“华南第一学府”。在2016-2017年QS世界大学排名中,中山大学位列中国大陆第11名,世界第297名;在2018年中国校友会网中国大学排行榜中,中山大學位列中国大陆第9名。 中山大学现有三个校区五个校园,广州校区包括位于广州市海珠区的康乐园(南校园)、位于广州市越秀区的医学部(北校园)、位于广州市番禺区的广州大学城校园(东校园),另有珠海校区和深圳校区,此外,在广东省内多地还设有多家附属医院、研究机构和独立学院。.

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应变 (物理学)

應變在力学中定義為一微小材料元素承受應力時所產生的變形強度(或簡稱為單位長度變形量),因此是一個無量綱量。公式記為 \varepsilon.

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伊万·斯特兰斯基

伊万·尼科洛夫·斯特兰斯基(Иван Николов Странски,Iwan Nicolá Stranski,),是一名保加利亚物理化学家,被认为是晶体生长的研究之父。 他创办了保加利亚物理化学学校,曾担任索非亚大学和柏林工业大学的物理化学系主任、以及柏林工业大学校长。斯特兰斯基-克拉斯坦诺夫生长和科塞尔-斯特兰斯基模型均以其名字命名。.

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低能电子衍射

低能电子衍射(Low-energy electron diffraction,LEED)是一种用以测定单晶表面结构的实验手段,使用的低能电子束(20–200 eV)轰击样品表面,可在荧光屏上观测到被衍射的电子所形成的光斑,进而表征样品的表面结构。 低能电子衍射有以下两种应用方式:.

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俄歇电子能谱学

俄歇电子能谱学(Auger electron spectroscopy,簡稱AES),是一种表面科学和材料科学的分析技术。因此技術主要藉由俄歇效應進行分析而命名之。產生於受激發的原子的外層電子跳至低能階所放出的能量被其他外層電子吸收而使後者逃脫離開原子,這一連串事件稱為俄歇效應,而逃脫出來的電子稱為俄歇電子。1953年,俄歇电子能谱逐漸開始被實際應用於鑑定樣品表面的化學性質及組成的分析。其特點是俄歇電子來自淺層表面,僅帶出表面的資訊,並且其能譜的能量位置固定,容易分析。.

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化学势

在热力学中,某种物质的化学势指的是,在化学反应或者相变中,此物质的粒子数发生改变时所吸收或放出的能量。在混合物中的某种物质的化学势定义为此热力学系统的吉布斯自由能对此物质粒子数的变化率,即偏导数(其他物质的粒子数及其他系统参数保持不变)。当温度和压强固定时,化学势也被称作偏摩尔吉布斯自由能,或者摩尔化学势。在化学平衡或相平衡状态下,自由能处于极小值,各种物质的化学势与化学计量系数乘积之加和为零。 在半导体物理中,零温电子系统的化学势被称为费米能。.

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凝聚力

凝聚力(Cohesion、cohesive attraction、cohesive force)是分子之间因互相施加分子间作用力,从而表现出来的行为或者性质。它是化学物质的一种内在性质,由物质分子的形状、结构所决定。当分子互相接近时,这种形状、结构上的差异可使得分子中的电子分布变得不规则,使得分子间产生电吸引,维持成诸如水滴之类的微观形状。 Category:Molecular physics Category:Intermolecular forces Category:Physical quantities.

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硫化铅

硫化铅是一种无机化合物,化学式为PbS,分子量239.26。不溶于水、碱溶液和乙醇,溶于硝酸、浓盐酸等。可由铅盐溶液中通入硫化氢而得。 硫化铅是一种重要的窄禁带半导体材料,在室温时,其能带间隙约为0.4eV,波尔激子半径则为相对较大的18nm。硫化铅对于红外辐射假敏感,非常适合应用于红外探测;同时,硫化铅也在二极管激光器、太阳能电池等领域有广泛的应用。.

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表面张力

在物理上,表面張力(),狹義的定義是指液體試圖獲得最小表面位能的傾向;广义地說,所有两种不同物态的物质之间界面上的张力被称为表面张力。表面张力的因次是M \cdot T^,常見單位是\frac或\frac,亦即,单位长度的力或单位面积的能。表面張力最常見的例子發生在液體與其他物質的接觸面。以水為例,水的表面張力來自於由凡得瓦力所造成的內聚力。當固體,如水黽,跑到水上時,表面張力會盡可能將水面維持平整的狀態,以達到最小表面位能。如果水黽的重量維持在限度以內,那麼水面將只會有少許凹陷,這就是水黽能夠在水面上活動的原理。 表面張力會隨液體的不同而不同。常見的科普實驗是在一盆水中滴入一些密度低於水的界面活性劑,再把一艘小船放在界面活性劑與水面的交界處。因為界面活性劑的表面張力小於水的表面張力,所以水的表面張力或會把小船推向界面活性劑的方向。 在材料科学里,表面张力也称为表面应力和表面自由能。 熱力學對表面張力係數的廣義定義為:表面張力係數σ是在溫度T和壓力p不變的情況下吉布士自由能G對面積A的偏導數: 吉布士自由能的單位是能量單位,因此表面張力係數的單位是能量/面積。.

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黏附

黏附是指不同的粒子黏在一起的現象。若對於相同的粒子,類似的現象稱為。黏附是和兩物質狀態之間介面的性質有關。黏附的成因還不清楚,目前已提出五種不同的黏附理論。.

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薄膜

薄膜材料是指厚度介于单原子到几毫米间的薄金属或有机物层。电子半导体功能器件和光学镀膜是薄膜技术的主要应用。 一个很为人们熟知的表面技术的应用是家用的镜子:为了形成反射表面在镜子的背面常常镀上一层金属,镀银操作广泛应用于镜子的制作,而低于一个纳米的极薄的镀层常常用来制作双面镜。 当光学用薄膜材料(例如减反射膜消反射膜等)由数个不同厚度不同反射率的薄层复合而成时,他们的光学性能可以得到加强。相似结构的由不同金属薄层组成的周期性排列的薄膜会形成所谓的超晶格结果。在超晶格结构中,电子的运动被限制在二维空间中而不能在三维空间中运动于是产生了量子阱效应。 薄膜技术有很广泛的应用。长久以来的研究已经将铁磁薄膜用于计算机存储设备,医药品,制造薄膜电池,染料敏化太阳能电池等。 陶瓷薄膜也有很广泛的应用。由于陶瓷材料相对的高硬度使这类薄膜可以用于保护衬底免受腐蚀氧化以及磨损的危害。在刀具上陶瓷薄膜有着尤其显著的功用,使用陶瓷薄膜的刀具的使用寿命可以有效提升几个数量级。 现阶段对于一种被称为多组分非晶重金属阳离子氧化物的新型的无机氧化物材料的研究正在进行,这种材料有望用于制造稳定,环保,低成本的透明晶体管。.

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薄膜生长技术

薄膜的生长是半导体制造中一项重要的工艺。薄膜生长技术总的来说可以分为物理方法和化学方法。常见的薄膜生长技术包括:.

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钨(IUPAC名:tungsten ),化学符号:W(Wolfram), 是一種化学元素,原子序数是74,是非常硬、钢灰色至白色的过渡金属。含有钨的矿物有黑钨矿和白钨矿等。钨的物理特征非常强,尤其是熔点非常高,是所有非合金金属中最高的。纯钨主要用在电器和电子设备,它的许多化合物和合金也有很多其它用途(最常见的有灯泡的鎢丝,在X射线管中以及高温合金)。 鎢的最穩定的三種同位素都有輕微的放射性。.

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钯是一种化学元素,化学符号為Pd,原子序数46。鈀的拉丁名稱Palladium是以小行星智神星來命名的,另一種以小行星來命名的元素是鈰。 鈀是一種罕見的、有光澤的銀白色金屬,鈀與鉑、銠、釕、銥、鋨形成一組鉑族金屬的元素家族。鉑族金屬化學性質相似,但鈀的熔點最低,是這些貴金屬中密度最低的一种。 在实验室裡,经常把一氧化碳通入稀氯化钯溶液中来制取钯: PdCl_ + CO+H_O.

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铁是一种化学元素,它的化学符号是Fe,它的原子序数是26,它的相对原子质量是56。它是过渡金属的一种。铁是最常用的金属,是地球外核及內核的主要成份,是地殼上豐度第四高的元素和第二高的金屬。鐵常出現在类地行星中,因為鐵是高質量恆星核融合後的產物,鎳-56是放熱核融合反應的最後一個產物,之後會衰變成最常見的鐵同位素。 铁和其他8族元素相同,其氧化態範圍很廣,由−2到+6,但其中+2和+3是最常見的氧化態。在流星体及低氧的環境下,鐵會以单质的形式存在,但是鐵很容易和氧氣和水反應。鐵的表面是有光澤的銀灰色,但在空氣中鐵會反應生成水合的氧化鐵,一般稱為铁锈。許多金屬在氧化後會形成钝化的氧化層,保護內部的金屬不被氧化,但氧化鐵的密度較鐵要低,因此氧化鐵會剝落,無法保護內部的鐵不受腐蝕。.

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铜(copper)是化学元素,化学符号Cu(来自cuprum),原子序数29。纯铜是柔软的金属,表面刚切开时为红橙色帶金屬光澤、延展性好、导热性和导电性高,因此在电缆和电气、电子元件是最常用的材料,也可用作建筑材料,以及組成众多種合金。铜合金机械性能优异,电阻率很低,其中最重要的是青铜和黄铜。此外,铜也是耐用的金属,可以多次回收而无损其机械性能。 人类使用铜及其合金已有数千年历史。古罗马时期铜的主要开采地是塞浦路斯,因此最初得名cyprium(意为塞浦路斯的金属),后来变为cuprum,这是copper、cuivre和Kupfer的来源。二价铜盐是常见的铜化合物,常呈蓝色或绿色,是蓝铜矿和绿松石等矿物颜色的来源,历史上曾广泛用作颜料。铜质建筑结构受腐蚀后会产生铜绿(碱式碳酸铜)。装饰艺术主要使用金属铜和含铜的颜料。 铜是所有生物所必需的微量膳食矿物质,因为它是呼吸酶复合体细胞色素c氧化酶的关键组分。软体动物和甲壳亚门动物的血液色素血蓝蛋白中含有铜。鱼类和其他哺乳动物的血液中则是含铁的复合物血红蛋白。铜在人体中主要分布于肝脏、肌肉和骨骼中。铜的化合物可用作、杀真菌剂和木材防腐剂。.

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锗(Germanium,舊譯作鈤)是一种化学元素,它的化学符号是「Ge」,原子序数是32。它是一種灰白色类金属,有光澤,質硬,屬於碳族,化學性質與同族的錫與硅相近。在自然中,鍺共有5種同位素,原子質量數在70至76之間。它能形成許多不同的有機金屬化合物,例如四乙基鍺及異丁基鍺烷等。 即使地球表面上鍺的豐度地殼蘊含量相對较高,但由於礦石中很少含有高濃度的鍺,所以它在化學史上發現得比較晚。門捷列夫在1869年根據元素周期表的位置,預測到鍺的存在與其各項屬性,並把它稱作擬硅。克莱门斯·温克勒於1886年在一種叫硫銀鍺礦的稀有礦物中,除了找到硫和銀之外,還發現了一種新元素。儘管這種新元素的外觀跟砷和銻有點像,但是新元素在化合物中的化合比符合門捷列夫對硅下元素的預測。温克勒以他的國家——德國的拉丁語名來為這種元素命名。 鍺是一種重要的半導體材料,用於製造晶體管及各種電子裝置。主要的終端應用為光纖系統與紅外線光學(infrared optics),也用於聚合反應的催化劑,制造電子器件與太陽能電力等。現在,開採鍺用的主要礦石是閃鋅礦(鋅的主要礦石),也可以在銀、鉛和銅礦中,用商業方式提取鍺。一些鍺化合物,如四氯化鍺(GeCl4)和甲鍺烷,会刺激眼睛、皮膚、肺部與喉嚨。.

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金(gold)是化学元素,化学符号Au(来自aurum),原子序数79。纯金是有明亮光泽、黄中带红、柔软、密度高、有延展性的金属。金在元素周期表中在11族,属过渡金属,是化学性质最不活泼的几种元素之一。金在标准状况下是固体,在自然界中常以游离态单质形式(自然金)存在,如岩石、地下及沖積層中堆积的砂金或金粒。金能和游离态的银形成固溶体琥珀金,在自然界中也能和铜、钯形成合金。矿物中的金化合物不太常见,主要是碲化金。 金的原子序数在宇宙中天然存在的元素中是较高的。据信这种重元素是在两颗中子星碰撞时的超新星核合成中产生,在太阳系形成前的尘埃中就已存在。由于地球形成之初还处于熔化状态,的金几乎都已沉入地核。因此,现在地球上地壳和地幔的金多是拜后来后期重轰炸期(约40亿年前)的小行星撞击事件所赐。 金能抵抗单一酸的侵蚀,但却能被王水溶解(“王水”因此得名)。这种混合酸能和金反应生成四氯合金酸根离子。金也能溶于碱性氰化物溶液,这是其开采和电镀的原理。能夠溶解銀及卑金屬的硝酸不能溶解金,这些性質是黃金精煉技術的基础,也是用硝酸来鉴别物品裡是否含有金的原理,这一方法是英語諺語「acid test」的語源,意指用「測試黃金的標準」来測試目標物是否名副其實。此外,金能溶于水銀,形成汞齊(也是一种合金),但这并非化学反應。 金在有历史记载以前就是一種廣受歡迎的貴金屬,用于貨幣、保值物、珠寶和艺术品。以前国内和国际通常实行以金为基础的金本位货币制度,但1930年代时金币已停止流通。70年代,随着布雷頓森林協定的结束,世界范围内的金本位制终于让位给法定货币制度。不过因其稀有,易于熔炼、加工和铸币,色泽独特,抗腐蚀,不易和其他物质反应等特点,金的价值不减。 底,人类总共开采18.36万公噸(相当于9513立方米)的金。 产量中的50%用于珠宝,40%用于投资,还有10%用于工业。 因其高延展性,抗腐蚀性,在大多数反应中的惰性和导电性,金一直在各类电子设备中用作耐腐蚀的电子连接器,这是它的主要工业用途。此外它还用于屏蔽红外线,生产和金箔,以及修补牙齿。有些金盐在医学上仍作为消炎药使用。.

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-- 镉(,),是性质柔软的蓝白色有毒过渡金属,化学符号为Cd,原子序数为是48。镉能在锌矿找到。镉和锌均可用作电池材料。镉可制作鎳鎘電池、用于塑膠製造和金屬電鍍,生产顏料、油漆、染料、印刷油墨等中某些黃色顏料、制作車胎、某些發光電子組件和核子反應爐原件。.

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透射电子显微镜

透射电子显微镜(Transmission electron microscope,縮寫:TEM、CTEM),简称--电镜,是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上,电子与样品中的原子碰撞而改变方向,从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关,因此可以形成明暗不同的影像,影像将在放大、聚焦后在成像器件(如荧光屏、胶片、以及感光耦合组件)上显示出来。 由于电子的德布罗意波长非常短,--电子显微镜的分辨率比光学显微镜高的很多,可以达到0.1~0.2nm,放大倍数为几万~百万倍。因此,使用透射电子显微镜可以用于观察样品的精细结构,甚至可以用于观察仅仅一列原子的结构,比光学显微镜所能够观察到的最小的结构小数万倍。TEM在中和物理学和生物学相关的许多科学领域都是重要的分析方法,如癌症研究、病毒学、材料科学、以及纳米技术、半导体研究等等。 在放大倍数较低的时候,TEM成像的对比度主要是由于材料不同的厚度和成分造成对电子的吸收不同而造成的。而当放大率倍数较高的时候,复杂的波动作用会造成成像的亮度的不同,因此需要专业知识来对所得到的像进行分析。通过使用TEM不同的模式,可以通过物质的化学特性、晶体方向、电子结构、样品造成的电子相移以及通常的对电子吸收对样品成像。 第一台TEM由马克斯·克诺尔和恩斯特·鲁斯卡在1931年研制,这个研究组于1933年研制了第一台分辨率超过可见光的TEM,而第一台商用TEM于1939年研制成功。.

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成核

成核(Nucleation),也称形核,是相变初始时的“孕育阶段”。天空中的云、雾、雨、燃烧生成的烟,冰箱中冰的结晶,汽水、啤酒的冒出的泡等的形成,均为成核现象。 成核现象需要成核位点(nucleation site)才可发生。汽化时,液相分子聚集于固相物质上面,分子不断碰撞使得能量聚集,进而形成“汽化中心”;结晶时,若使局部的溶质浓度升高而导致晶体碰撞次数增加,则结晶的晶形构造加快,从而形成“结晶中心”。晶核的成核有两种形式:初级成核(包括初级均相成核和初级非均相成核)及二次成核。在高于饱和度的情况下,溶液自发形成晶核的过程,称作初级均相成核;若晶核是在溶液外来物的诱导下生成,则称其为初级非均相成核;晶核如在含有溶质晶体的溶液中生成,则称为二次成核。.

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浸润层

凝聚态实验物理学中的浸润层(或润湿层)是指外延成长的衬底表面上最早生长出的二维薄层晶体;这里的外延成长往往和自组装的量子点或薄膜生长有关。组成浸润层的原子既可以是半金属的元素或化合物(例如自组装的量子点所用的InAs)或金属合金(对于薄膜生长)。因为浸润层的生长可以控制量子点的人工原子态(artificial atomic state),浸润层的概念也常常出现在量子信息与量子计算机领域。.

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斯特兰斯基-克拉斯坦诺夫生长

斯特兰斯基-克拉斯坦诺夫生长簡稱S-K生長,是薄膜在結晶表面磊晶成長的三種主要模式之一。此生長機制包含兩個過程:首先在基板上吸附成薄膜並開始層狀累積,達到臨界厚度時,會因應力和化學能導致薄膜轉變為島狀成長模式 。S-K生長最早由伊万·斯特兰斯基和Lyubomir Krastanov在1938年發現Ivan N.

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扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,缩写为STM),是一种利用量子隧穿效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德·宾宁及海因里希·罗雷尔在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明,两位发明者因此与电子显微镜的发明者恩斯特·鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。 扫描隧道显微镜技术是扫描探针显微术的一种,基于对探针和表面之间的隧穿电流大小的探测,可以观察表面上单原子级别的起伏。此外,扫描隧道显微镜在低温下可以利用探针尖端精确操纵单个分子或原子,因此它不仅是重要的微纳尺度测量工具,又是颇具潜力的微纳加工工具。.

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