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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2

1.3固溶体的能量4

1.4固溶体的组态熵5

1.5界面相6

1.6界面曲率半径对压强的影响10

1.7晶体表面能、界面能和黏附能10

1.8固体表面张力的测定方法13

1.9表面能对薄膜稳定性的影响14

参考文献16

第二章 晶体和晶体表面的对称性17

2.1晶体的对称性17

2.1.1晶体的平移对称性（平移群）17

2.1.2 14种布拉维点阵和7种晶系18

2.1.3 32种点群20

2.1.4 230种空间群22

2.1.5群的基本概念23

2.2晶体表面的对称性24

2.2.1晶体表面的平移对称性24

2.2.2 5种二维布拉维点阵和4种二维晶系25

2.2.3 10种二维点群26

2.2.4 17种二维空间群27

2.3 晶面间距和晶列间距公式28

2.3.1晶面间距公式28

2.3.2晶列间距公式29

2.4倒易点阵30

2.4.1三维倒易点阵30

2.4.2 二维倒易点阵30

2.4.3倒易点阵矢量和晶列、晶面的关系31

参考文献33

第三章 晶体表面原子结构35

3.1一些晶体表面的原子结构35

3.2 表面原子的配位数40

3.3表面的台面-台阶-扭折（TLK）结构41

3.4邻晶面上原子的近邻数43

3.5晶体表面能的各向异性44

3.6 台阶和台面的粗糙化47

参考文献48

第四章 再构表面和吸附表面49

4.1再构表面和吸附表面结构的标记49

4.2半导体再构表面结构50

4.2.1 Si（111）50

4.2.2 Si（001）52

4.2.3 Si（110）55

4.2.4 Ge（111）55

4.2.5 Ge（001）57

4.2.6 GeSi（111）57

4.2.7 GaAs（110）57

4.2.8 GaAs（001）58

4.2.9 GaAs（111）58

4.3金属再构表面结构59

4.4吸附表面结构59

4.4.1物理吸附和化学吸附59

4.4.2 Si吸附表面61

4.4.3 Ge吸附表面62

4.4.4 GaAs吸附表面62

4.4.5 金属的吸附表面63

4.5表面相变63

参考文献64

第五章 薄膜中的晶体缺陷65

5.1密堆积金属中的点缺陷65

5.1.1八面体间隙65

5.1.2四面体间隙66

5.2半导体中的点缺陷68

5.2.1四面体间隙68

5.2.2 六角间隙70

5.2.3 点缺陷的畸变组态70

5.2.4替代杂质原子72

5.3表面点缺陷73

5.4位错和层错76

5.4.1面心立方金属中的位错和层错76

5.4.2金刚石结构中的位错和层错80

5.4.3闪锌矿结构中的位错和层错83

5.4.4纤锌矿结构中的位错和层错84

5.5孪晶界和其他面缺陷85

参考文献87

第六章 外延薄膜中缺陷的形成过程88

6.1晶格常数和热膨胀系数对缺陷形成的影响88

6.2 异质外延薄膜中的应变91

6.2.1外延薄膜的错配度91

6.2.2 异质外延薄膜中的应变91

6.3外延薄膜中的错配位错92

6.3.1产生错配位错的驱动力92

6.3.2错配位错的成核和增殖95

6.4岛状薄膜中的应变和错配位错99

6.5外延薄膜中其他缺陷的产生102

参考文献104

第七章 薄膜中的扩散105

7.1扩散的宏观定律和微观机制105

7.2短路扩散107

7.3半导体晶体中的扩散109

7.4短周期超晶格中的互扩散111

7.5反应扩散112

7.6表面扩散116

7.6.1表面扩散的替代机制116

7.6.2表面扩散系数119

7.6.3增原子落下表面台阶的势垒120

7.7表面扩散的实验研究方法121

7.7.1超高真空扫描隧道显微镜（STM）直接观测法121

7.7.2 场离子显微镜直接观测法123

7.7.3浓度梯度法123

7.7.4表面张力引起的表面扩散123

7.8电迁移124

参考文献125

第八章 薄膜的成核长大热力学126

8.1体相中均匀成核126

8.2衬底上的非均匀成核127

8.3成核的原子模型131

8.4衬底缺陷上成核133

8.5 薄膜生长的三种模式134

8.6 薄膜生长三种模式的俄歇电子能谱（AES）分析139

参考文献140

第九章 薄膜的成核长大动理学141

9.1成核长大的热力学和动理学141

9.2起始沉积过程的分类144

9.3成核率147

9.4临界晶核为单个原子时的稳定晶核密度148

9.5临界晶核为多个原子时的稳定晶核密度151

9.6成核长大动理学的透射电子显微镜研究152

9.7合并过程和熟化过程的影响153

9.8成核长大过程的计算机模拟155

9.9厚膜的生长157

参考文献158

第十章 金属薄膜的生长160

10.1金属超薄膜的成核过程160

10.2二维晶核的形貌162

10.2.1二维岛的分形生长162

10.2.2二维岛的枝晶状生长164

10.2.3二维岛的规则形状生长165

10.3准二维逐层生长和再现的逐层生长167

10.4表面活性剂对二维逐层生长的促进作用169

10.5巨磁电阻金属膜的生长170

10.5.1巨磁电阻多层金属膜171

10.5.2 巨磁电阻金属颗粒膜174

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174

参考文献176

第十一章 半导体薄膜的生长178

11.1台阶流动和二维成核178

11.2自组织量子线和量子点的形成183

11.3双层台阶的形成184

11.4超晶格的生长和化学组分突变界面的形成185

11.5实际半导体薄膜的生长186

11.5.1半导体的一些性质186

11.5.2 SiGe薄膜的生长187

11.5.3金刚石薄膜的生长189

11.5.4 SiC薄膜的生长191

11.5.5 BN薄膜的生长192

11.5.6 GaN薄膜的生长193

11.5.7 A1N薄膜的生长195

11.6非晶态薄膜的生长196

11.6.1非晶态的分类（非金属）196

11.6.2非晶态材料的原子结构198

11.6.3非晶态结构的计算机模拟202

11.7石墨烯的制备、结构和性质202

11.7.1石墨烯的发现获得诺贝尔物理学奖203

11.7.2石墨烯的制备方法203

11.7.3 石墨烯独特的电子结构和性质207

11.8拓扑绝缘体的制备、结构和性质213

11.8.1量子霍尔效应与量子自旋霍尔效应214

11.8.2拓扑绝缘体的能带结构215

11.8.3 二维拓扑绝缘体216

11.8.4三维拓扑绝缘体217

参考文献222

第十二章 氧化物薄膜的生长225

12.1氧化物高温超导体薄膜225

12.2 氧化物磁性薄膜229

12.2.1巨磁电阻氧化物薄膜229

12.2.2 磁光和磁记录氧化物薄膜230

12.3氧化物铁电薄膜230

12.4氧化物介质薄膜232

12.5氧化物导电薄膜233

参考文献233

第十三章 薄膜中的分形235

13.1分形的一些基础知识235

13.1.1规则几何图形的维数236

13.1.2规则分形和它们的分维236

13.1.3随机分形239

13.1.4随机分形维数的测定241

13.1.5标度不变性242

13.2多重分形243

13.2.1规则的多重分形谱243

13.2.2多重分形谱f（α）的统计物理计算公式246

13.2.3随机多重分形谱f（α）的计算248

13.3薄膜中的一些分形现象253

13.3.1薄膜生长初期的分形253

13.3.2非晶态薄膜中的分形晶化254

13.3.3溶液薄膜中的晶体生长258

13.3.4 其他薄膜中的分形生长258

13.4金属诱导非晶半导体薄膜低温快速晶化259

参考文献264

第十四章 薄膜的制备方法266

14.1真空蒸发和分子束外延266

14.1.1常规的真空蒸发266

14.1.2分子束外延269

14.1.3热壁生长272

14.1.4离子团束生长272

14.2溅射和反应溅射273

14.2.1溅射273

14.2.2磁控溅射274

14.2.3离子束溅射275

14.3化学气相沉积和金属有机化学气相沉积276

14.3.1化学气相沉积（CVD）276

14.3.2金属有机化学气相沉积（MOCVD）277

14.3.3原子层外延278

14.4激光熔蒸279

14.5液相外延和固相外延281

14.5.1液相外延生长281

14.5.2固相外延生长282

14.6有机薄膜生长284

14.6.1朗缪尔-布洛吉特（Langmuir-Blodgett）法284

14.6.2自组装单层膜（self-assembled monolayer）286

14.7化学溶液涂层法287

参考文献289

第十五章 薄膜研究方法291

15.1 X射线衍射方法291

15.1.1研究晶体结构的衍射方法的物理基础291

15.1.2常规X射线衍射295

15.1.3高分辨和掠入射X射线衍射296

15.1.4外延薄膜的一些高分辨X射线衍射实验结果298

15.1.5掠入射衍射的一些实验结果299

15.1.6 X射线吸收谱精细结构（XAFS）302

15.2电子显微术303

15.2.1电子衍射304

15.2.2 电子显微衍射衬度像306

15.2.3 高分辨电子显微像309

15.2.4扫描电子显微术310

15.2.5 电子全息术314

15.3表面分析方法315

15.3.1反射高能电子衍射（RHEED）315

15.3.2低能电子衍射（LEED）317

15.3.3反射电子显微术（REM）和低能电子显微术（LEEM）319

15.3.4氦原子散射（HAS）320

15.3.5场离子显微镜（FIM）322

15.3.6二次离子质谱（SIMS）323

15.3.7俄歇电子能谱（AES）324

15.4光电子能谱（PES）326

15.4.1 X光电子能谱（XPS）328

15.4.2紫外光电子能谱（UPS）及反向光电子能谱（IPES）330

15.4.3角分辨光电子能谱（ARPES）331

15.5扫描探针显微术（SPM）334

15.5.1扫描隧道显微术和谱学（STM/STS）334

15.5.2原子力显微术（AFM）339

15.5.3其他扫描探针显微术340

15.6离子束分析方法340

15.7光学方法342

15.7.1反射光谱和吸收光谱344

15.7.2 椭偏仪法345

15.7.3傅里叶变换红外光谱346

15.7.4拉曼光谱347

15.7.5光致发光（PL）谱和阴极射线发光（CL）谱348

参考文献350

索引353