表面態(tài)

表面態(tài)是固體自由表面或固體間接口附近局部性的電子能態(tài)。由于固體表面原子結(jié)構(gòu)不同于體內(nèi)原子結(jié)構(gòu)，使得表面能級既不同于固體體能帶，也不同于孤立原子能級。半導(dǎo)體表面通常位于基本禁帶中或禁帶邊緣附近，電子波函數(shù)在表面向內(nèi)、向外都是衰減的。

塔姆（Tamm）態(tài)的概念最早是在1932年提出的。塔姆指出由于表面處晶格突然中斷形成一階躍勢壘來描述一維半無限晶體中電子行為，且在真空區(qū)（Z0）仍具有布洛赫波性質(zhì)。而且晶體布洛赫波函數(shù)與指數(shù)衰減波函數(shù)在表面處（Z=0）必須滿足波函數(shù)及其一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)的條件，基于此條件解出能量表達(dá)式。當(dāng)k取復(fù)數(shù)對應(yīng)向體內(nèi)方向衰減的定域在表面的電子態(tài)即塔姆態(tài)。

1935年Maue利用準(zhǔn)自由電子（N.F.E）模型，用傅里葉級數(shù)展開晶體勢函數(shù)，取波函數(shù)及其一階導(dǎo)數(shù)在表面處連續(xù)的條件，證明波勢k取復(fù)數(shù)時(shí)在晶帶中有表面態(tài)存在條件。

1939年消克萊（Shockley）考慮具有兩個終端的一維有限鏈晶體的電子態(tài)。并根據(jù)原子間距大小提出表面態(tài)存在條件。Shockley的研究表明，只有較低態(tài)是S態(tài)時(shí)才產(chǎn)生表面態(tài)（Shockley態(tài)）。它是由表面原子出現(xiàn)懸掛鍵而產(chǎn)生的本征表面態(tài)。

1939年戈德溫利（Goodvain）用緊束縛（TB）模型，用原子軌道線性組合法（LCAO），同樣由求解久期矩陣，得到表面態(tài)存在于能帶的結(jié)論。

1947年巴?。˙ardeen）吉布尼發(fā)現(xiàn)，可以用一種電解質(zhì)對半導(dǎo)體表面加電場來控制載流子。他們研究半導(dǎo)體鍺的表面性質(zhì)，把一只鍺二極管浸在電解液里，并接上直流電源，發(fā)現(xiàn)有一部分電流是由鍺表面附近的空穴流動而形成的。他們企圖改進(jìn)場效應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間，卻出乎意料地發(fā)現(xiàn)了晶體管效應(yīng)。他們采用兩根細(xì)金屬絲與鍺片的表面接觸，兩根絲分隔的距離很小時(shí)（0.005cm左右）發(fā)現(xiàn)一根絲與鍺片之間有微小的電流變化，這就是晶體管的放大作用。由此他們兩人發(fā)明了三極管，標(biāo)志著現(xiàn)代電子技術(shù)的第二次飛躍。同時(shí)Bardeen提出了費(fèi)米能級釘扎的概念。認(rèn)為在半導(dǎo)體表面存在一些能級處理禁帶中的本征表面態(tài)。它是半導(dǎo)體的費(fèi)米能級在表面處釘扎在這些能級位置上，因而勢壘在與金屬接觸前已經(jīng)形成。不同功函數(shù)的金屬與半導(dǎo)體接觸不會明顯改變勢壘高度，這就是Bardeen模型。

1948年肖克萊和皮爾松（Pearson）為驗(yàn)證巴丁的假說設(shè)計(jì)了世界上最早的場效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置。證明在表面電場的作用下，表面空間電荷的一部分會發(fā)生移動，但大部分不動，原因是這些電荷“陷阱”了表面態(tài)。

1957~1960年間，庫特基和托馬?？耍═omasck）等人用線性組合法（LCAO）較有成效地處理了理想晶體表面的各種局域態(tài)，發(fā)現(xiàn)肖克萊型表面態(tài)形成能帶，其寬度很窄（0.2ev左右）。當(dāng)表面勢微擾相當(dāng)強(qiáng)烈時(shí)表面態(tài)形成的能帶會移到禁帶中央以下。

1964年P(guān)ugh也采用線性組合法，完成了緊束縛模型的計(jì)算。計(jì)入了第一、二、三層近鄰原子勢的微擾作用，得到了金剛石（111）表面態(tài)能帶的E~K關(guān)系，并計(jì)算了這種位于禁帶中央附近的表面態(tài)能帶態(tài)密度。發(fā)現(xiàn)表面態(tài)非常集中，在極窄的帶寬中的狀態(tài)占總數(shù)的90%以上。

1974年埃皮爾包姆（Appelbaum）和赫曼（Hamamn）對表面電子態(tài)的計(jì)算邁出了很重要的一步。他們采用了能很成功地計(jì)算體內(nèi)能帶的自洽贗勢法，提出一種充分考慮表面上各種相互作用的表面勢公式，反復(fù)協(xié)調(diào)表面勢、表面電荷密度與表面能譜結(jié)構(gòu)，對半導(dǎo)體表面電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定量計(jì)算，取得了與實(shí)驗(yàn)一致性較好的結(jié)果。除此之外，Pandy和Phillips用LCAO方法對Si（111）表面態(tài)進(jìn)行計(jì)算。得到與Appelbaum等用自洽贗勢計(jì)算大致相符的結(jié)果。

還有Cohen等從另一角度，用自洽贗勢方法計(jì)算表面能帶。他們用無窮個十二層格點(diǎn)組成的薄片和真空薄片交替排列。這樣組成的結(jié)構(gòu)具有三維周期性，可以沿用計(jì)算三維晶體能帶結(jié)構(gòu)的方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是比較容易把表面的晶格重構(gòu)考慮進(jìn)去。后來，人們利用這種方法作了許多工作，并計(jì)算出各種表面重構(gòu)的情況下系統(tǒng)的總能。從總能的極小值求出穩(wěn)定的重構(gòu)結(jié)構(gòu)，并和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較得到了很好的結(jié)果。

自洽贗勢方法用于表面計(jì)算的一個最新發(fā)展是Hybertsen和Louie用于準(zhǔn)粒子方法來計(jì)算表面態(tài)。計(jì)算得到了As在Ge（111）面上形成的表面態(tài)與最近的角分辨光電子譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得十分好。說明準(zhǔn)粒子方法不但可用于體能帶的計(jì)算，而且在表面態(tài)的能量計(jì)算方面，也帶來了很大的改進(jìn)。

1977年Spicer等用光電子譜研究了CaAs半導(dǎo)體的表面電子結(jié)構(gòu)。在CaAs（110）表面，As原子懸掛鍵被電子占據(jù)形成填滿的表面帶，而Ca原子的懸掛鍵則完全是空的，形成全空的表面帶。表面吸附、外來原子或表面的不完整性（缺陷、臺階、雜質(zhì)）都會產(chǎn)生表面態(tài)，被稱為非本征表面態(tài)。近幾年來，謝希德和同志們主要從事表面物理研究。對表面弛豫、表面吸附以及各種接口的研究取得了一定進(jìn)展。他們用能量最低的原理研究CaAs（110）表面弛豫情況。通過一系列元素吸附前后表面結(jié)構(gòu)的變化得出，CaAs（110）面費(fèi)米能級的釘扎可能是由于吸附后表面馳豫減小，使表面態(tài)重新進(jìn)入禁帶的緣故，與法國和德國一些學(xué)派從實(shí)驗(yàn)角度得出的觀點(diǎn)一致。國外原有的理論計(jì)算認(rèn)為Cl只能吸附在Ge（111）面的三度開位上，而謝希德首次根據(jù)自己的計(jì)算提出Cl更可能吸附在Ge（111）面的頂位上。這一結(jié)論在1982年已為國外實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。于是國際理論界重新做了計(jì)算，在1983年同意了他們關(guān)于Cl吸附在Ge（111）頂位的結(jié)論。除此之外他們還研究各種接口的電子態(tài)。由于硅化物具有較低的形成溫度和較高的電導(dǎo)，大規(guī)模集成電路中有廣泛的應(yīng)用前景。因此她和同事們選擇了鎳硅化合物和硅界面為對象，做系統(tǒng)的理論研究，不僅搞清了鎳在Si（111）和Si（100）表面吸附初始階段的位置和電子特性，詳細(xì)研究不同組分鎳硅化合物的電子結(jié)構(gòu)，得到鎳硅化合物電子結(jié)構(gòu)隨組分的變化規(guī)律。這些研究能幫助人們了解表面的幾何結(jié)構(gòu)，外來原子或分子吸附引起的各種電子態(tài)的變化、電荷的再分布、化學(xué)鍵合等許多基本原理，是半導(dǎo)體表面電子態(tài)研究中的前沿。

1)按來源分：

本征表面態(tài)：清潔表面（可存在再構(gòu) 弛豫等）的表面態(tài)

非本征表面態(tài)：外來因素（如存在雜質(zhì)原子、吸附物、晶格缺陷等）引入的表面態(tài)

2)按電子占據(jù)情況分

滿態(tài)：已被電子占據(jù)的表面態(tài)

空態(tài)：未被電子占據(jù)的表面態(tài)

3)按帶電類型分

類施主表面態(tài)：電子占據(jù)呈中性 不被電子占據(jù)帶正電

類受主表面態(tài)：不被電子占據(jù)呈電中性 電子占據(jù)帶負(fù)電

4)按與晶體體內(nèi)交換載流子的時(shí)間常數(shù)分

快表面態(tài)：與體內(nèi)快速交換載流子 弛豫時(shí)間<1ms

慢表面態(tài)：與體內(nèi)緩慢交換載流子 弛豫時(shí)間1ms-100s

5)按能級位置分

束縛表面態(tài)：能級在體內(nèi)禁帶之中

表面共振態(tài)：能級與體內(nèi)允許帶部分或全部重合 且波函數(shù)與體內(nèi)波函數(shù)產(chǎn)生共振

1) 理想、清潔半導(dǎo)體表面：理想表面產(chǎn)生表面能級(表面態(tài))的原因是塔姆(Tamm)首先提出的,他認(rèn)為晶體的周期性勢場在表面處發(fā)生中斷引起了附加能級.因此,這種表面能級稱為塔姆表面能級或塔姆能級(Tamm Level).塔姆曾計(jì)算了半無限克龍尼克–潘納模型情形,證明在一定條件下每個表面原子在禁帶中對應(yīng)一個表面能級.上述結(jié)論可推廣到三維情形,可以證明,在三維晶體中,仍是每個表面原子對應(yīng)禁帶中一個表面能級,這些表面能級組成表面能帶.因單位面積上的原子數(shù)約為,故單位面積上的表面態(tài)數(shù)也具有相同的數(shù)量級.表面態(tài)的概念還可以從化學(xué)鍵的方面來說明.以硅晶體為例,因晶格在表面處突然終止,在表面的最外層的每個硅原子將有一個未配對的電子,即有一個未飽和的鍵.這個鍵稱為懸掛鍵,與之對應(yīng)的電子能態(tài)就是表面態(tài).因每平方厘米表面約有個原子,故相應(yīng)的懸掛鍵數(shù)也應(yīng)為約個.表面態(tài)的存在是肖克萊等首先從實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的.以后有人在超真空對潔凈硅表面進(jìn)行測量,證實(shí)表面態(tài)密度與上述理論結(jié)果相符。

2) 實(shí)際表面：在表面處還存在由于晶體缺陷或吸附原子等原因引起的表面態(tài)這種表面態(tài)的特點(diǎn)是其數(shù)值(表面態(tài)密度)與表面經(jīng)過的處理方法及所處的環(huán)境有關(guān)。

歸一化主要是為了簡化計(jì)算，常用的方式就是將每個自由度的主振型第一個元素變?yōu)?。模態(tài)質(zhì)量應(yīng)該是前乘振型矩陣的轉(zhuǎn)置，后乘振型矩陣得到的對角質(zhì)量矩陣，還有一種歸一化方法就是將這個對角質(zhì)量陣變成單位陣。

模態(tài)質(zhì)量有意義，反映了體系中有多少質(zhì)量對這階模態(tài)振型有大的影響，每一階是不同的。歸一化振型就是計(jì)算的振型（計(jì)算位移值）除以最大的值，變成最大值為1，反映體系各處相對變形。廣義質(zhì)量矩陣不是模態(tài)質(zhì)量。模態(tài)質(zhì)量計(jì)算還涉及到振型和振型參與系數(shù)。

熱態(tài)起動是指主機(jī)在停車不久的熱態(tài)下或采取暖機(jī)，使其在高于環(huán)境溫度狀態(tài)下的起動。

中文名稱

熱態(tài)起動

英文名稱

hot starting

定　　義

主機(jī)在停車不久的熱態(tài)下或采取暖機(jī)，使其在高于環(huán)境溫度狀態(tài)下的起動。

應(yīng)用學(xué)科

船舶工程（一級學(xué)科），船舶機(jī)械（二級學(xué)科）

(1)信息準(zhǔn)確

已使用電腦管理的飯店，其房態(tài)變更和轉(zhuǎn)換過程是實(shí)時(shí)和自動的，屏幕顯示直觀，一目了然。只要能確保每次輸入的指令信息準(zhǔn)確無誤，房態(tài)比較容易控制。采用傳統(tǒng)的客房狀態(tài)顯示架及信號燈系統(tǒng)等手工控制房態(tài)的飯店，主要采用變換客房狀態(tài)卡條，按時(shí)正確填寫、交換、核對控制表格，加強(qiáng)多方信息溝通等方法來控制房態(tài)。

(2)加強(qiáng)房態(tài)的核對

由于總臺的工作量大，而且房態(tài)時(shí)常處于變化之中，雖然很多飯店可通過電腦查詢了解目前的房態(tài)，但是員工工作上仍可能出現(xiàn)差錯，從而造成接待處的房態(tài)與客房樓層的房態(tài)不符。因此，進(jìn)行房態(tài)的核對是必要的，要定時(shí)與客房部的“樓層報(bào)告”相核對，一般采取一日三次核對的方法，以免出現(xiàn)“漏房”、“虛房”或員工營私舞弊現(xiàn)象，而導(dǎo)致客房銷售及客房服務(wù)的混亂。

總之，正確控制客房狀態(tài)，主要是為了有效地銷售客房。無論采用何種客房狀態(tài)控制系統(tǒng)，都要加強(qiáng)總臺接待、賬務(wù)、預(yù)訂與客房部之間的房態(tài)變更、轉(zhuǎn)換控制，保持信息溝通及協(xié)作，最終提高為客人服務(wù)的效率和經(jīng)濟(jì)效益。