1.3本课题主要研究内容以及方法 12

第二章固液界面能相关研究现状 13

2.1金属固液界面能的研究现状 13

2.2固液界面能的应用 16

第三章半导体固液界面能 17

3.1研究现状 17

3.2模型建立 22

3.3结果与讨论 26

总结 28

致谢 29

参考文献 30

1.1课题的目的与意义

第一章绪论

随着各类功能材料和复合材料等先进材料的工业应用范围的不断扩大，由不同材料组成的组织，越来越受到了人们的重视。我们把两种不同或者相同的材料，利用某种结合方法连接在一起使用的结构或组合材料，称为结合材料，而其结合部分，统称为界面。在现代科技高速发展的今天，无论从宏观还是微观的角度看，可以说界面问题已变得无处不在，它已是科研和工程技术人员必须逾越的技术难关之一。界面张力是半导体元素重要的热物理参数之一，对熔态半导体的结晶、相变以及晶粒生长过程都有很大影响，在冶炼、铸造和焊接等过程中起着重要的作用，熔态半导体的表面张力和温度系数以及尺寸的系数的测定一直是半导体热物性研究的一项重要内容。获得可靠的界面张力数据，对合金的设计与优化具有重要的指导意义。

固液界面自由能或固液界面张力是得到金属系固液界面平衡特性的唯一可以测定的量。在形核、晶体生长、润湿、烧结、热裂等研究中,起着重要作用。除此之外,复合材料中基体与增强物质之间的结合强度；粉末冶金材料中,合金粉末烧结的密度等,也都与合适的固液界面自由能密切相关。

半导体材料的合成过程与半导体材料的组成相、相的结构以及相的稳定性等有着密切的联系,所以对半导体材料的相稳定性、形状变化和尺寸效应以及其他影响因素要加深理解。因此，为了预测半导体材料的相变的特点和相稳定性的条件需要建立半导体材料的热力学模型，并借助热力学函数来理解。这是半导体材料的相变研究方面需要解决的重要问题。

半导体的基本化学特征在于原子间存在饱和的共价键。作为共价键特征的典型是在晶格结构上表现为四面体结构,所以典型的半导体材料具有金刚石或闪锌矿(ZnS)的结构。由于地球的矿藏多半是化合物，所以最早得到利用的半导体材料都是化合物,例如方铅矿(PbS)很早就用于无线电检波，氧化亚铜(Cu2O)用作固体整流器，闪锌矿(ZnS)是熟知的固体发光材料，碳化硅(SiC)的整流检波作用也较早被利用。硒(Se)是最早发现并被利用的元素半导体，曾是固体整流器和光电池的重要材料。元素半导体锗（Ge）放大作用的发现开辟了半导体历史新的一页，从此电子设备开始实现晶体管化。中国的半导体研究和生产是从1957年首次制备出高纯度的锗开始的。采用元素半导体硅（Si）以后，不仅使晶体管的类型和品种增加、性能提高，而且迎来了大规模和超大规模集成电路的时代。以砷化镓(GaAs)为代表的VⅢ族化合物的发现促进了微波器件和光电器件的迅速发展。

半导体界面是指半导体与其他物质相接触的面。包括半导体一金属、半导体一绝缘介质以及半导体一半导体间接触界面。

半导体界面研究在半导体物理学和器件工艺中占据着很重要的地位。半导体一金属接触是最早为人们所研究的界面。德国人肖特基和英国人莫特依据金属和半导体电子功函数不同提出，在半导体一金属界面上存在接触势垒，这一理论能够解释半导体一金属间的整流作用，但不能说明不同金属与半导体接触势垒高度几乎相同。