纳米薄膜分析基础

出版者:科学

作者:阿尔弗德

页数:336

出版时间:2008-6

价格:68.00元

isbn号码:9787030222596

丛书系列:国外物理名著系列（科学出版社影印）

具体描述

《纳米薄膜分析基础17(影印版)》讨论了通过入射光子或粒子刻蚀纳米材料来表征材料的方法，入射的粒子能够激发出可测的粒子或光子，这正是表征材料的依据，纳米尺度材料分析实验会用到大量入射粒子与待测粒子束的相互作用。其中较重要的有原子碰撞、卢瑟福背散射、离子遂道、衍射、光子吸收、辐射与非辐射阳县跃迁以及核反应。《纳米薄膜分析基础17(影印版)》详细介绍了各种分析和扫描探针显微技术。

现代科学技术（从材料科学到集成电路）已深入到纳米层次。从薄膜到场效应传感器，研究的重点是如何把尺度从微米量级减小到纳米量级。纳米薄膜分析一书主要研究了材料表面及从表面到几十乃至100纳米深的结构与构成。主要讨论了用入射粒子和光子来量化结构并进行成分和深度分析的材料表征方法。

目录信息

Preface1. An Overview：Concepts，Units，and the Bohr Atom 1.1 Introduction 1.2 Nomenclature 1.3 Energies，Units，and Particles 1.4 Particle-Wave Duality and Lattice Spacing 1.5 The Bohr Model Problems2. Atomic Collisions and Backscattering Spectrometry 2.1 Introduction 2.2 Kinematics of Elastic Collisions 2.3 Rutherford Backscattering Spectrometry 2.4 Scattering Cross Section and Impact Parameter 2.5 Central Force Scattering 2.6 Scattering Cross Section：Two-Body 2.7 Deviations from Rutherford Scattering at Low and High Energy 2.8 Low-Energy Ion Scattering 2.9 Forward Recoil Spectrometry 2.10 Center of Mass to Laboratory Transformation Problems3. Energy Loss of Light Ions and Backscattering Depth Profiles 3.1 Introduction 3.2 General Picture of Energy Loss and Units of Energy Loss 3.3 Energy Loss of MeV Light Ions in Solids 3.4 Energy Loss in Compounds Bragg's Rule 3.5 The Energy Width in Backscattering 3.6 The Shape of the Backscattering Spectrum 3.7 Depth Profiles with Rutherford Scattering 3.8 Depth Resolution and Energy-Loss Straggling 3.9 Hydrogen and Deuterium Depth Profiles 3.10 Ranges of H and He Ions 3.11 Sputtering and Limits to Sensitivity 3.12 Summary of Scattering Relations Problems4. Sputter Depth Profiles and Secondary Ion Mass Spectroscopy 4.1 Introduction 4.2 Sputtering by Ion Bombardment—General Concepts 4.3 Nuclear Energy Loss 4.4 Sputtering Yield 4.5 Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS) 4.6 Secondary Neutral Mass Spectroscopy (SNMS) 4.7 Preferential Sputtering and Depth Profiles 4.8 Interface Broadening and Ion Mixing 4.9 Thomas-Fermi Statistical Model of the Atom Problems5. Ion Channeling 5.1 Introduction 5.2 Channeling in Single Crystals 5.3 Lattice Location of Impurities in Crystals 5.4 Channeling Flux Distributions 89 5.5 Surface Interaction via a Two-Atom Model 5.6 The Surface Peak 5.7 Substrate Shadowing：Epitaxial Au on Ag(111) 5.8 Epitaxial Growth 5.9 Thin Film Analysis Problems6. Electron-Electron Interactions and the Depth Sensitivity of Electron Spectroscopies 6.1 Introduction 6.2 Electron Spectroscopies：Energy Analysis 6.3 Escape Depth and Detected Volume 6.4 Inelastic Electron-Electron Collisions 6.5 Electron Impact Ionization Cross Section 6.6 Plasmons 6.7 The Electron Mean Free Path 6.8 Influence of Thin Film Morphology on Electron Attenuation 6.9 Range of Electrons in Solids 6.10 Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) 6.11 Bremsstrahlung Problems7. X-ray Diffraction 7.1 Introduction 7.2 Bragg's Law in Real Space 7.3 Coefficient of Thermal Expansion Measurements 7.4 Texture Measurements in Polycrystalline Thin Films 7.5 Strain Measurements in Epitaxial Layers 7.6 Crystalline Structure 7.7 Allowed Reflections and Relative Intensities Problems8. Electron Diffraction 8.1 Introduction 8.2 Reciprocal Space 8.3 Laue Equations 8.4 Bragg's Law 8.5 Ewald Sphere Synthesis 8.6 The Electron Microscope 8.7 Indexing Diffraction Patterns Problems9. Photon Absorption in Solids and EXAFS 9.1 Introduction 9.2 The Schrodinger Equation 9.3 Wave Functions 9.4 Quantum Numbers，Electron Configuration,and Notation 9.5 Transition Probability 9.6 Photoelectric Effect Square-Well Approximation 9.7 Photoelectric Transition Probability for a Hydrogenic Atom 9.8 X-ray Absorption 9.9 Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) 9.10 Time-Dependent Perturbation Theory Problems10. X-ray Photoelectron Spectroscopy 10.1 Introduction 10.2 Experimental Considerations 10.3 Kinetic Energy of Photoelectrons 10.4 Photoelectron Energy Spectrum 10.5 Binding Energy and Final-State Effects 10.6 Binding Energy Shifts—Chemical Shifts 10.7 Quantitative Analysis Problems11. Radiative Transitions and the Electron Microprobe 11.1 Introduction 11.2 Nomenclature in X-Ray Spectroscopy 11.3 Dipole Selection Rules 11.4 Electron Microprobe 11.5 Transition Rate for Spontaneous Emission 11.6 Transition Rate for Kα Emission in Ni 11.7 Electron Microprobe：Quantitative Analysis 11.8 Particle-Induced X-Ray Emission (PIXE) 11.9 Evaluation of the Transition Probability for Radiative Transitions 11.10 Calculation of the Kβ/Kα Ratio Problems12. Nonradiative Transitions and Auger Electron Spectroscopy 12.1 Introduction 12.2 Auger Transitions 12.3 Yield of Auger Electrons and Fluorescence Yield 12.4 Atomic Level Width and Lifetimes 12.5 Auger Electron Spectroscopy 12.6 Quantitative Analysis 12.7 Auger Depth Profiles Problems13. Nuclear Techniques：Activation Analysis and Prompt Radiation Analysis 13.1 Introduction 13.2 Q Values and Kinetic Energies 13.3 Radioactive Decay 13.4 Radioactive Decay Law 13.5 Radionuclide Production 13.6 Activation Analysis 13.7 Prompt Radiation Analysis Problems14. Scanning Probe Microscopy 14.1 Introduction 14.2 Scanning Tunneling Microscopy 14.3 Atomic Force MicroscopyAppendix 1. Km for 4He+ as Projectile and Integer Target MassAppendix 2. Rutherford Scattering Cross Section of the Elements for 1 MeV4HeiAppendix 3. 4He+ Stopping Cross SectionsAppendix 4. Electron Configurations and Ionization Potentials of AtomsAppendix 5. Atomic Scattering FactorsAppendix 6. Electron Binding EnergiesAppendix 7. X-Ray Wavelengths (nm)Appendix 8. Mass Absorption Coefficient and DensitiesAppendix 9. KLL Auger Energies (eV)Appendix 10. Table of the ElementsAppendix 11. Table of Fluoresence Yields for K，L，and M ShellsAppendix 12. Physical Constants，Conversions，and Useful CombinationsAppendix 13. AcronymsIndex
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用户评价

这本书的装帧设计非常精美，封面采用了一种磨砂质感的深蓝色，配合银色的烫金字体，给人一种沉稳而又不失科技感的感觉。内页的纸张选择也十分考究，厚实且不易反光，阅读起来非常舒适，即使长时间盯着看也不会感到眼睛疲劳。不过，当我翻开目录时，发现它似乎更侧重于材料科学领域的前沿应用，而不是我期望的偏向基础理论构建的深度讲解。例如，其中关于原子层沉积（ALD）工艺的介绍详尽得令人赞叹，从反应机理到实际的设备参数控制，都做了非常细致的梳理，这对于已经有一定研究基础的工程师来说无疑是极大的福音。但是，对于初学者而言，开篇对于晶体结构和电子能带理论的铺垫显得过于简略，很多核心概念需要读者自行去其他更基础的教科书中寻找支撑，这使得整本书的知识体系呈现出一种“高开低走”的趋势，虽然深度足够，但广度上略显不足，让人感觉作者是假定读者已经掌握了物理化学和固体物理学的基本知识。这使得这本书更像是一本面向进阶研究者的工具书，而非入门指南。

这本书在案例分析的选择上非常具有时代感，选取了当前热门的钙钛矿太阳能电池和二维材料的制备作为贯穿始终的例子。作者在分析这些新材料的薄膜时，着重强调了杂质离子对界面能垒的影响，以及如何通过改变退火温度来优化薄膜的晶界结构。这种紧跟热点、理论联系实际的做法确实能极大地激发读者的研究热情。然而，我发现书中对一些经典、基础的薄膜沉积方法，比如磁控溅射和热蒸发的机理分析，却显得有些陈旧和保守。它引用的文献大多集中在近五年的成果，对于上世纪八九十年代奠定薄膜物理基础的奠基性工作，提及得非常少，甚至连一些经典的菲利普斯或肖特基模型也被忽略了。这导致书中介绍的薄膜形成过程，似乎是脱离了宏观的物理定律，而仅仅是基于现代实验数据的经验总结，使得理论体系缺乏坚实的底层逻辑支撑，阅读起来总感觉脚下踩着一层薄冰，不够踏实。

从排版和编辑质量来看，这本书的专业性毋庸置疑。图表绘制得极为清晰，大量的SEM和TEM高分辨图像分辨率极高，细节一览无余，对于理解微观结构至关重要。然而，这本书在术语的统一性上存在一些令人困惑的小瑕疵。例如，在描述薄膜的致密程度时，有时使用“致密性”（Density），有时又使用“填充因子”（Packing Factor），并且没有明确界定两者在特定语境下的区别和联系，这对于需要精确表达的科研工作者来说，是一个不小的困扰。更让我感到不解的是，书中关于应力分析的部分，似乎完全依赖于软件模拟的结果，缺乏对薄膜与基底之间热膨胀系数失配导致的残余应力的经典解析计算。这种对解析工具的偏废，使得读者在面对全新材料体系时，无法利用已有的理论框架进行初步的理论预估，只能完全依赖昂贵的数值模拟，削弱了其作为“基础”读物的指导意义。

这本书的语言风格非常直接和学术化，几乎没有使用任何修饰性的语句，每一句话都直接指向一个技术要点或实验参数。这种高效的表达方式在查阅特定数据时非常便捷，例如，查找不同衬底温度对氧化铪薄膜折射率的影响曲线时，能迅速定位到对应的图表。但是，这种“纯粹”的学术语言使得全书的阅读体验显得异常枯燥。它更像是一份被精心整理过的高水平会议论文集，而非一本旨在传授知识体系的著作。比如，在讨论离子束辅助沉积时，作者只是简单地罗列了不同离子能量下的薄膜硬度变化，却完全没有探讨能量传递的物理过程，或者不同离子对溅射源的影响机制，让人感觉信息是碎片化的，缺乏一个连贯的知识脉络将它们串联起来。最终读完，我感觉自己积累了很多关于特定实验条件的“数据点”，却没能建立起一个宏观的、可以灵活运用的薄膜生长理论框架。

我原本以为这本书会深入探讨薄膜光学特性的数学建模，特别是关于光程差、反射和透射系数的琼斯矩阵分析方法。然而，实际内容中，这部分篇幅被压缩得非常厉害，仅仅用了几页纸匆匆带过，公式推导过程也大多是跳跃性的，缺乏必要的中间步骤解释。相反，它花了大量的篇幅去介绍原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜（STM）在高精度形貌分析中的具体操作细节和数据处理软件的使用技巧。比如，如何通过傅里叶变换分析粗糙度谱，如何区分颗粒状形貌和裂纹缺陷，这些实用操作的描述极其到位，简直像是一份详尽的实验手册。这让我有些失望，因为我更需要的是理解“为什么”会形成特定的形貌，而不是仅仅学会“如何”测量它。这本书的侧重点似乎完全偏向于“表征”的技术细节，而对“物理本质”的探讨则显得有些心有余而力不足，整体的理论深度与标题所暗示的“基础”二字不太匹配，更像是一本专注于现代表征技术的实战手册。