表面界面物理第4章§42答辩课件

1、表面界面物理第4章42答辩表面界面物理第4章42答辩2022/9/9表面界面物理第4章4.22由构成物质的微粒(离子、原子、分子)的热运动而产生的物质迁移现象称为扩散在一个系统中存在有自由能梯度时，发生的物质定向的运动称为扩散扩散的宏观表现是物质的定向输送扩散现象会在气、液、固相中发生主要讨论在固体表面和界面的扩散2022/9/3表面界面物理第4章4.24由构成物质的微粒2022/9/9表面界面物理第4章扩散的分类1.顺扩散和逆扩散物质（原子）从浓度高处往低处的定向运动称为顺扩散从浓度低处往高处的运动称为逆扩散2.杂质原子扩散和自扩散杂质原子扩散外来杂质在基体中的扩散自扩散基

2、体原子在基体中的扩散2022/9/3表面界面物理第4章扩散的2022/9/9表面界面物理第4章4.243.生成化合物和生成固溶体扩散生成化合物扩散反应扩散生成固溶体扩散非反应扩散4.表面扩散、界面扩散和体内扩散5. 扩散微观机制空位机制间隙机制复合机制易位机制2022/9/3表面界面物理第4章4.263.生成化合物和2022/9/9表面界面物理第4章扩散规律和机制1.扩散的宏观规律（扩散方程及其解）(1)Fick方程扩散通量J：单位时间通过垂直于给定方向的单位面积的净原子数，单位：个/m2s稳态扩散非稳态扩散2022/9/3表面界面物理第4章4.274.2.

3、1扩散规2022/9/9表面界面物理第4章4.26稳态扩散Fick第一定律扩散流通量J正比于扩散原子浓度梯度：D称为扩散系数。D满足：E为每个原子扩散所需激活能Q为每mol原子扩散所需激活能D0为与温度无关的频率因子2022/9/3表面界面物理第4章4.28稳态扩散F2022/9/9表面界面物理第4章4.27xxx+dxJ1=JC(x)C(x+dx)A1A2非稳态扩散方程Fick第二定律由扩散物质的平衡条件求得考虑两个垂直于x轴，相距dx的单位面积A1，A2 2022/9/3表面界面物理第4章4.29xxx+dxJ12022/9/9表面界面物理第4章4.28如果通过A1面的扩散流通量是 则通过

4、A2面的扩散流通量是 由-再除以dx得 :2022/9/3表面界面物理第4章4.210如果通过A1面2022/9/9表面界面物理第4章4.29为单位时间通过单位面积的原子数目 2022/9/3表面界面物理第4章4.211为单位时间通过2022/9/9表面界面物理第4章4.210三维：讨论一维，且D与C无关2022/9/3表面界面物理第4章4.212三维：2022/9/9表面界面物理第4章4.211C0CdP0Pdx0d(2) Fick方程的解 稳定情况下的扩散 例：气体在固体中的扩散，P0、Pd恒定 ，且P0Pd，t，扩散达稳定 J2=J1扩散方程随不同的坐标和不同的边界条件有不同的解 202

5、2/9/3表面界面物理第4章4.213C0CdP0P2022/9/9表面界面物理第4章4.212解: 非稳态的扩散 (i)恒定表面源的扩散2022/9/3表面界面物理第4章4.214解: 非稳态的2022/9/9表面界面物理第4章4.213此边界条件下的解是:(ii)恒定表面浓度的扩散 边界条件 2022/9/3表面界面物理第4章4.215此边界条件下的2022/9/9表面界面物理第4章4.214解扩散方程得：2022/9/3表面界面物理第4章4.216解扩散方程得：2022/9/9表面界面物理第4章4.215为高斯误差函数2022/9/3表面界面物理第4章4.217为高斯误差函数2022/9

6、/9表面界面物理第4章4.216，是表面浓度的1/2称为原子在时间t内的扩散深度。 显然，扩散系数越大，扩散时间越长，则扩散深度x越大2022/9/3表面界面物理第4章4.218，是表面浓度的2022/9/9表面界面物理第4章4.2172.扩散的微观机制（1）间隙机制间隙扩散是原子在点阵的间隙位置间跃迁而导致的扩散间隙原子可以是由于形成填隙式固溶体而存在原子进入填隙位置后只要能量足够，就可“挤”到另一个填隙位置，去完成一个扩散过程填隙原子一般都比固有原子较小（通常会小20或更多），扩散速率比较快2022/9/3表面界面物理第4章4.2192.扩散的微观2022/9/9表面界面物理第4章4.21

7、8填隙原子有以下一些类型2022/9/3表面界面物理第4章4.220填隙原子有以下2022/9/9表面界面物理第4章4.219（2） 空位机制原子前面出现空位时，有可能进入空位改变它的位置，如图所示需要一定的激活能，等待前面又出现了空位后，它才有可能再移动一步这就是原子扩散的空位机理2022/9/3表面界面物理第4章4.221（2） 空位机2022/9/9表面界面物理第4章4.220每个原子在跃进空位的过程中，并不引起它所经路途附近的原子产生很大的位移因此消耗的畸变能不大，容易扩散许多材料中原子实际上是通过空位运动进行扩散的2022/9/3表面界面物理第4章4.222每个原子在跃进2022/9

8、/9表面界面物理第4章4.221（3）交换机制原子的扩散是相邻两原子直接对调位置交换原子附近的晶格会发生强烈的畸变扩散所需的激活能很大，这种机制曾被认为不可能发生2022/9/3表面界面物理第4章4.223（3）交换机制2022/9/9表面界面物理第4章4.222米里亚（M.F.Millea）用这种机制来合理地解释了金在锗中的扩散首先是替代金原子被激发进入间隙位置，并在那里停留着，并和所形成的空位构成填隙原子-空位对空位近邻的锗原子进入空位然后间隙金原子进入后来所形成的空位（锗原子留下来的), 交换过程完成这个模型还被用来描述某些金属系统，尤其是Pb-Cd 和Pb-Hg系统中的快扩散2022/

9、9/3表面界面物理第4章4.224米里亚（M.F2022/9/9表面界面物理第4章4.223（4）环形机制环形机制由曾讷首先提出他认为在同一晶面上距离相等的n个原子可以同时轮换位置以构成扩散2022/9/3表面界面物理第4章4.225（4）环形机制2022/9/9表面界面物理第4章4.224交换机制、间隙机制和空位机制是三个最基本的机制其它的机制都是它们的推广讨论扩散的机制还需注意：晶格结点缺少一个原子后，这空位附近的原子位置必然发生变动2022/9/3表面界面物理第4章4.226交换机制、间隙2022/9/9表面界面物理第4章4.225纳赫特里布等认为这些原子排列状态已 达到了熔化状态，并称

10、这些状态的原子群为松弛群松弛群的大小，对于面心立方金属估计相当于12个原子的位置；对于体心立方金属大约相当于14个原子的位置同样，如果晶格中加进一个填隙原子，则它周围的原子的排列也变得混乱2022/9/3表面界面物理第4章4.227纳赫特里布等认2022/9/9表面界面物理第4章4.2263.扩散系数扩散都是通过缺陷来完成的对某一个原子来说，在温度T时，它在平衡位置附近作无规则的布朗运动根据无规行走与相关交效应，扩散系数具有阿伦尼斯（Arrhenies）方程的形式:2022/9/3表面界面物理第4章4.2283.扩散系数扩2022/9/9表面界面物理第4章4.227D0称频率因子，E和Q分别表

11、示1个原子或1mol 原子的激活能。固体物理上对D0进行过计算，得到 D0 = l 2 A上式中， 为原子振动频率，l为跳跃的距离，A是一个常数，与浓度和温度关系不是很大，是一个与扩散运动维数有关的参数（一维为1/2，二维1/4）2022/9/3表面界面物理第4章4.229D0称频率因子2022/9/9表面界面物理第4章4.228对于空位机理，E（Q）是空位的形成能与跳到空位所需能量之和对于填隙原子机理，E（Q）只是原子从一间隙“挤”至另一间隙时所需的能量，显然它比前者要小所以填隙式扩散比空位扩散要快得多2022/9/3表面界面物理第4章4.230对于空位机理，2022/9/9表面界面物理第4

12、章4.2294. 表面扩散和晶界扩散固体中存在有有三种类型的扩散： 体扩散、晶界扩散和表面扩散固体中的原子，在进行扩散时，不能直接穿越，在固体中运动，只能通过缺陷进行显然，材料中缺陷越多，原子进行扩散就越容易，激活能也就越小，扩散系数就越大2022/9/3表面界面物理第4章4.2314. 表面扩散2022/9/9表面界面物理第4章4.230表面、晶界区的缺陷数目远超出体内，原子的活动能力也远比体内大（因有表面能）可以作一些体内不允许的运动如可能通过先蒸发后又回到表面等方式来进行扩散表面扩散最快，界面扩散次之，体扩散则最慢具体反映在激活能上Al和Au膜中扩散的激活能（eV)如下： E晶格E晶界E

13、表面 Al1.400.550.31 Au1.800.880.732022/9/3表面界面物理第4章4.232表面、晶界区的2022/9/9表面界面物理第4章4.2314.2.2 表面扩散1. 原子的表面扩散A近邻间隙扩散，与体内相似，激活能小，局域扩散B次邻位扩散，体内不易发生，也是局域扩散非局域扩散，包括距离更长的蒸发（解吸）后又回来，到新位置2022/9/3表面界面物理第4章4.2334.2.2 表2022/9/9表面界面物理第4章4.232跳跃式和替位式是两主要扩散方式2022/9/3表面界面物理第4章4.234跳跃式和替位式Pt原子在Rh(100)针尖上扩散的FIM 照片2022/9/

14、9表面界面物理第4章4.233Pt原子在Rh(100)针尖上扩散的FIM 照片2022/9Figure shows the site visiting maps for the diffusion of Pt and Pd on Pt(100). 2022/9/9表面界面物理第4章4.234Figure shows the site visiting2022/9/9表面界面物理第4章4.2352022/9/3表面界面物理第4章4.237(a)在W(211) 表面，扩散只沿111方向进行 (白色箭头) (b)室温下，W原子跟表面作用较强 ( Eact = 0.83 eV) ，长距跳跃可能性低。w

15、1代表最近邻距离ann= 3/2a0 ，w2代表二倍最近邻距离。 w2/w1= 0.015的计算结果w2 = w3 = 0的结果相近 (c) 低温下Pd原子跟W(211)表面之间作用较弱( Eact = 0.31 eV)，出现长距离扩散可能性更高2022/9/9表面界面物理第4章4.236W和Pd原子在 W(211)表面的扩散 (a)在W(211) 表面，扩散只沿111方向进行 (白若kBT h,则表面扩散速度2022/9/9表面界面物理第4章4.237jump rate v若kBT D = 8.65 K evaporates 1 atom with a kinetic energy Ekin

16、 D - 7.15 = 1.5 K v 79 m/sQuantum evaporationR -R +rotons (E 8.65K)evaporated atomsEkin 1.5Kgasliquid S. Balibar et al. (PhD thesis 1976 and Phys. Rev. B18, 3096, 1978) : heat pulses at T 100 mK ballistic rotons and phononsatoms evaporated by rotons travel with a minimum velocity 79 m/sdirect eviden

17、ce for the existence of rotons and the quantization of heat at low TFor a quantitative study and the evidence for R + and R - rotons, see M.A.H. Tucker, G.M. Wyborn et A.F.G. Wyatt , Exeter (1990-99)P.W. Anderson 1966: Quantum evThe surface of helium crystalsFor a detailed review, seeS. Balibar, H.

18、Alles, and A. Ya. Parshin, Rev. Mod. Phys. 77, 317 (2005)The roughening transitions. Helium crystals are model systems whose static properties can be generalized to all classical crystalsCrystallization waves and dynamic properties.Helium crystals are also exceptional systems whose dynamic propertie

19、s are quantum and surprising: at 100 mK 4He crystals grow 1011 times faster than 3He crystalsThe surface of helium crystalsthe roughening transitionsAs T decreases, the surface is coveredwith more and more facets.Successive roughening transitions in high symmetry directions:rough above TR smooth bel

20、ow TRlarge scale fluctuations disappear(no difference at the atomic scale) detailed study of critical behaviorsstep energy, step width, growth rate, curvature as a function of T and orientation quantitative comparison with RG theory (P. Nozires 1987-92)a Kosterlitz-Thouless transition1.4 K1 K0.4 K0.

21、1 Kthe roughening transitionsAs T2022/9/9表面界面物理第4章4.2512. 表面原子团扩散双原子在（100）表面扩散的两种机制2022/9/3表面界面物理第4章4.2532. 表面原2022/9/9表面界面物理第4章4.2522022/9/3表面界面物理第4章4.254纳米颗粒表面的扩散自然材料:发现外形似水滴内部为晶体的纳米粒子2022/9/9表面界面物理第4章4.253纳米颗粒表面的扩散自然材料:发现外形似水滴内部为晶体的Ag纳米晶粒的伪弹性形变. a, 初始形状. 底部直径9.8nm 高4.6 nm. bi, 压缩和拉伸的动态变形. 压缩阶段底部直

22、径先保持不变, 极限压缩成盘状时变大. 拉伸后,稍有缩小，从9.8nm 到 9.2 nm. j, 最终形状. k,l, 变形过程中的衍射图像. 明显保持晶态且取向相不变. 黄箭头表示针尖运动方向. m,n, 等高(m)和不等高 (n)压缩循环结果. 压缩高度(蓝色) 和回弹高度(红色) 2022/9/9表面界面物理第4章4.254Ag纳米晶粒的伪弹性形变. a, 初始形状. 底部直径9.8Atomic layer growth during compression. a, Flickering atoms on free surface of the Ag NC (black arrowhea

23、ds). b, Initial geometry of a nanometre-sized Ag NC. c,d, Growth of a fresh atomic layer after gently applying a compressive load. e, Simulated compression process of a Ag NC. The orange arrows indicate the movement direction of the tip. All scale bars, 5 nm.2022/9/9表面界面物理第4章4.255Atomic layer growth

24、 during comSurface-energy-driven shape change. a, Initial geometry of the Ag tip after fracture. bd, Shrinkage process of the Ag tip towards the base part after fracture. eg, MD simulations showing that the shrinkage process of the Ag nanoparticle tip is consistent with the experiments in ac. h, Whe

25、n the radius of curvature of the particle increased, the shrinkage process became slower. All scale bars, 5 nm.2022/9/9表面界面物理第4章4.256Surface-energy-driven shape chSimulated shape evolution of Ag NCs by surface diusion. a, Island diffusion (red circle) was observed only on (111) surfaces. b,c, The po

26、tholed surfaces were smoothed through a series of adatom migration and local reconstruction (yellow circles) on (001) facets. d, After a long time (0.1 s), the sharp tip became blunter and the evolution slowed. 0.1 s in the MD model at 800 K was long enough to mimic the shape change caused by Coble

27、creep on the Ag NC at room temperature. The colour gradient represents the difference in potential energy per atom; dark blue represents lower energy and light blue represents higher energy.2022/9/9表面界面物理第4章4.257Simulated shape evolution of A2022/9/9表面界面物理第4章4.2583. 表面扩散的类型(1)表面区浓度梯度引起的扩散由随机运动变为连续行为

28、可用Fick第一、第二定律求解 (x,y) 为覆盖度， (x,y) 为扩散粒子密度，s为面积四方格子上dt时间内覆盖度变化2022/9/3表面界面物理第4章4.2603. 表面扩定义化学扩散系数如果忽略扩散原子之间的作用，化学扩散系数应该与表面扩散因子D* =l 2相等，则2022/9/9表面界面物理第4章4.259定义化学扩散系数2022/9/3表面界面物理第4章4.262022/9/9表面界面物理第4章4.2603. 表面扩散的类型(2)表面/界面能引起的扩散不同取向的表面具有不同的表面能为了使体系能量降低，高指数晶面上原子有可能扩散导致晶面向低指数晶面转化晶界间的界面张力为b，晶粒与空气

29、表面(界面)的张力为s当平衡时，也就是系统稳定状态下，由于b的作用，晶界缩小，在晶界处生成一“沟槽” 2022/9/3表面界面物理第4章4.2623. 表面扩2022/9/9表面界面物理第4章4.261晶粒表面有一定曲率曲面上原子的自由能高于晶粒其它部位结果：沟槽加宽，加深这种效应称热蚀温度越高越明显这也是一种观察晶界的一种方法2022/9/3表面界面物理第4章4.263晶粒表面有一定2022/9/9表面界面物理第4章4.262CeO2/Ni表面形貌2022/9/3表面界面物理第4章4.264CeO2/Ni2022/9/9表面界面物理第4章4.263CeO2的薄膜表面形貌表面致密平整，晶粒细小

30、有明显的热蚀现象2022/9/3表面界面物理第4章4.265CeO2的薄膜Attachment/Detachment Limited DecayExcerpts from STM images of a Cu(100) surface taken at 343 K and the decay rate as function of time. The inset shows the potential for vacancy migration and incorporation into an ascending step. The constancy of the rate is indi

31、cative of detachment/attachment limited decay. The fact that islands C and B decay with the same rate as the islands A and B shows that no ES-barrier exists2022/9/9表面界面物理第4章4.264Attachment/Detachment Limited Ostwald Ripening in Two-DimensionsA series of STM images of about 60nm*60nm of a Cu(111) sur

32、face showing an adatom island inside a vacancy island at different times t. The temperature was 303 K. Vacancy islands and adatom islands where produced by sputtering and subsequent evaporation of Cu. The images are excerpts from a movie of a larger area from which these particular frames were selec

33、ted for quantitative analysis2022/9/9表面界面物理第4章4.265Ostwald Ripening in Two-DimensDiffusion Limited DecayDecay rate of the center island depicted in Fig. 10.21 (circles) and of the surrounding vacancy island (squares). The dotted line is the (tf - t)2/3 time dependence which is commonly attributed to

34、 diffusion limited decay. The curvature is much too large, however. The solid and dashed lines result from a numerical integration of (10.90) with two different step line tensions2022/9/9表面界面物理第4章4.266Diffusion Limited DecayDecay rInteraction between islands during diffusion limited decay. During th

35、e final moments of its life, the chemical potential of island 1 becomes very large. If the decay is diffusion limited then this large chemical potential transfers immediately into a larger adatom concentration around this island. The normal decay of neighboring islands is interrupted by a hick-up202

36、2/9/9表面界面物理第4章4.267Interaction between islands du2022/9/9表面界面物理第4章4.2682022/9/3表面界面物理第4章4.2702022/9/9表面界面物理第4章4.269在表面扩散时，对一些离子晶体，为了保持电中性，有时正负离子一起扩散2022/9/3表面界面物理第4章4.271在表面扩散时，2022/9/9表面界面物理第4章4.2704.薄膜生长中的表面扩散2022/9/3表面界面物理第4章4.2724.薄膜生长中2022/9/9表面界面物理第4章4.2714.薄膜生长中的表面扩散extremely important for th

37、in film formation allows adsorbed species to form clusters (homogeneous nucleation) allows adsorbed species to find heterogeneous nucleation sites (steps etc.) adsorbed atoms move in potential energy landscapegenerated by substrate or thin film surface atoms: diffusion, hopping2022/9/3表面界面物理第4章4.273

38、4.薄膜生长中2022/9/9表面界面物理第4章4.272扩散距离Es Ed, Ec: only partial breaking of bondsmolecular hopping rate: (n0s 1012.1016Hz: attempt frequency)diffusion: random walk, not directed,equal hopping probabilities for forward and backward motion diffusion length, L=(r: rms change in distance per hopping event, N0:

39、 number of hops, a: lattice constant, t: diffusion time)2022/9/3表面界面物理第4章4.274扩散距离Es 2022/9/9表面界面物理第4章4.273diffusing molecules may desorb or be buriedaverage time between adsorption and burial : tb=n0/Jin0: adsorption site density (#cm-2), Ji: incident flux (#cm-2s-1)desorption from chemisorbed stat

40、e aftermaximum in close to re-evaporation temperaturebest film quality (smoother, less defects, more homogeneous)2022/9/3表面界面物理第4章4.275diffusi2022/9/9表面界面物理第4章4.2744.2.3晶界扩散在多晶材料中，晶界占的比例比表面大，实际上许多杂质都是通过晶界进入体内的哈里森（Harrison）根据扩散系数和扩散时间的关系，将晶界扩散分为三种类型2022/9/3表面界面物理第4章4.2764.2.3晶界2022/9/9表面界面物理第4章4.275若

41、扩散系数D为已知，对于恒定表面浓度Cs，假定开始时体内没有杂质，经时间t之后体内浓度达到距表面的距离为 的点，因此可将其作为时刻t时的扩散深度设晶粒尺寸为2L，晶界宽度为Harrison的三种晶扩散的模型如图4-32所示2022/9/3表面界面物理第4章4.277若扩散系数D为2022/9/9表面界面物理第4章4.276A型：B型：C型：2022/9/3表面界面物理第4章4.278A型：2022/9/9表面界面物理第4章4.277三种类型扩散的后果：2022/9/3表面界面物理第4章4.279三种类型扩散的2022/9/9表面界面物理第4章4.278A. 对应于体扩散系数较大的情况杂质沿晶粒和

42、晶界都发生扩散基本上杂质是均匀扩散的B. 为体内扩散慢，晶界扩散快的情况这种扩散使杂质包裹在晶界上C. 对应于晶粒扩散非常小的情况杂质全部通过晶界往体内扩散热处理杂质快速污染材料的可能机理 2022/9/3表面界面物理第4章4.280A. 对应于体2022/9/9表面界面物理第4章4.279在低温时，晶界扩散明显，体扩散慢杂质通过晶界扩散，分布在体内的晶界上在高温时，体扩散加快晶界上的杂质，就作为进行体扩散的源，迅速往体内各晶粒中扩散在很短时间内杂质就将材料污染2022/9/3表面界面物理第4章4.281在低温时，晶界杂质在晶界的分布2022/9/9表面界面物理第4章4.280根据杂质的浓度、

43、溶解度和它与母相的润湿性，它们在陶瓷中有三种形式：晶界偏析层，2nm1 m，杂质在晶界的浓度大于体内；层状析出物，晶界相均匀地分布在晶界左右，10nm10 m；粒状析出物10nm1 m杂质在晶界的分布2022/9/3表面界面物理第4章4.282022/9/9表面界面物理第4章4.2814.2.4界面间的扩散分界面上原子间产生的相互扩散，一般称基尔肯特（Kirkendall）扩散由于原子间扩散速度不等，可能发生两种情况：导致界面移动，产生疏孔和隆起物通过相互扩散生成金属间化合物，如Au-Al键合时生成的紫斑（AuAl2）等界面间的扩散会造成各层间键合强度的退化和对元器件可靠性的影响2022/9/

44、3表面界面物理第4章4.2834.2.4界面2022/9/9表面界面物理第4章4.2821.基尔肯特扩散如图，在具有立方截面的黄铜表面放置很细的钼丝，再电镀铜，使钼丝包围在铜和黄铜之间作为原始界面在一定温度下保温足够时间（785C，65天）热处理后，发现钼丝内移，称基尔肯特扩散在本实验中，因钼的体积大、熔点高不会发生扩散2022/9/3表面界面物理第4章4.2841.基尔肯特扩2022/9/9表面界面物理第4章4.283由于黄铜中的跑出去的Zn的原子数超过了反方向跑出来的Cu原子数，因此从黄铜块中不断有物质（Zn)流向周围含有向的铜中表现出钼丝的内移这个实验是固体物理中的一个很重要的实验，表明

45、固体中原子的扩散速度是不同的后来在Ag-Zn，Ag-Au、Au-Pd、Cu-Ni、Cu-Au、Ni-Au等许多合金系中都发现了基尔肯特扩散效应2022/9/3表面界面物理第4章4.285由于黄铜中的2022/9/9表面界面物理第4章4.2842.基尔肯特扩散与疏孔Ni-Cu系统中，发生基尔肯特扩散时，Cu比Ni扩散快扩散通过空位机理进行铜的扩散大于镍，这意味着在界面处铜侧会有相应的空位流入镍中的空位则不断被铜占有，于是在界面镍侧有原子积累而成为扩张区2022/9/3表面界面物理第4章4.2862.基尔肯特扩2022/9/9表面界面物理第4章4.285基尔肯特扩散发生界面处在一般情况是通过体扩散

46、和晶界扩散来进行的，只有在温度较高和时间较长时才明显它造成的后果对界面的强度、附着力、噪声、接触电阻和抗腐蚀性等有重要影响2022/9/3表面界面物理第4章4.287基尔肯特扩散发2022/9/9表面界面物理第4章4.2864.2.5反应扩散 生成金属间化合物的界面扩散对于AB的金属复合膜，除可能形成固溶体的互扩散外，还可能产生反应扩散两种金属（合金）界面处形成固溶体和金属间化合物首先在金属薄膜间发现在Ni-Al、Ta-Au、Al-Ti、Au-Al和In-Au等双金属交界处或薄膜中观察到不同成分的金属间化合物硅化合中也经常发现这种现象2022/9/3表面界面物理第4章4.2884.2.5反应2

47、022/9/9表面界面物理第4章4.2871. 扩散控制与反应控制在反应扩散时，薄膜的长大可以分为扩散控制和反应控制两种机制在一定条件下，复合膜AB之间发生的固相反应是通过扩散来完成的扩散与反应可同时发生2022/9/3表面界面物理第4章4.2891. 扩散控制2022/9/9表面界面物理第4章4.288开始时，A晶格中的原子在反应驱动力F驱动下，原子键合断裂，形成A原子流JA向B晶格扩散类似过程也会在B晶格中发生经过一段时间后，A、B原子在界面处发生反应生成AB ，AB界面标志为A/ AB /B， AB是一种新化合物2022/9/3表面界面物理第4章4.290开始时，A晶格2022/9/9表

48、面界面物理第4章4.289这一过程分两步进行：产生A，B自由原子两种原子通过扩散输运到某一地点发生反应，成为AB 若原子扩散远比晶格中A原子与B原子的键断裂快，此时新相形成速度受制于原子A与原子B在各自晶格中键合的断裂速度这种过程称反应控制，其生长厚度X与时间的关系为Xt2022/9/3表面界面物理第4章4.291这一过程分两步2022/9/9表面界面物理第4章4.290反之，若反应过程比扩散过程快得多，则形成新相AB的速度取决于扩散速度。称扩散控制具有Xt1/2关系研究中发现，许多固相反应常常在开始时是反应控制，但当新相薄膜长到一定厚度后，则转变当为扩散控制2022/9/3表面界面物理第4章4.29