Fyzikálně-chemické vlastnosti povrchů pevných látek a na nich připravených tenkých vrstev nabývají na stále větším významu v mnoha technologických a výzkumných oborech. Obecně lze konstatovat, že intenzivní výzkum povrchů pevných látek si díky svým aplikacím vyžádal obor fyzikální elektronika, zabývající se studiem elektrických vlastností pevných látek a elektronickými procesy v nich, jehož rozvoj v několika předešlých dekádách nemá v historii přírodovědných a technických oborů obdoby.
Snahy o miniaturizaci a snížení spotřeby energie elektronických systémů vedly k přechodu k polovodičové elektronice a od ní k mikroelektronice. Tím vyvstala řada nových problémů, které se dříve nevyskytovaly nebo se vyskytovaly pouze v omezené míře u systémů makroskopických. Zmenšování rozměrů elektronických prvků do oboru mikrometrů a menších, a to jak co se týče jejich laterálních rozměrů, tak i jejich tloušťky, vede ke zvýšení důležitosti vlastností materiálů v tenké povrchové vrstvičce, kterou obyčejně označujeme jako „povrch“.
Tenkovrstvové systémy tedy tvoří základ mikroelektronických součástek, dále se uplatňují v optických a optoelektronických prvcích, ochraně povrchů proti vnějším vlivům, úpravě povrchových mechanických vlastností, v heterogenní katalýze apod. Tenkou vrstvu lze definovat jako útvar, jehož jeden rozměr (tloušťka) je zanedbatelný vůči ostatním dvěma rozměrům. Za tenké vrstvy můžeme považovat vrstvy o tloušťkách v rozsahu od jedné atomární vrstvy až do několika desítek mm. Vrstva připravená na povrchu nějakého substrátu je omezena dvěma rozhraními, přičemž rozhraní s vnějším prostředím můžeme nazývat povrchem.
Fyzikální vlastnosti povrchů a rozhraní jsou obecně odlišné od vlastností materiálů objemových. To je zapříčiněno jiným okolím povrchových atomů, jež mají menší počet nejbližších sousedních atomů (tzv. koordinační číslo) vzhledem k přerušení atomárních vazeb při vytváření povrchu, nebo prostě jinými sousedními atomy v případě rozhraní. Povrch lze tedy obecně chápat jako poruchu v periodicitě krystalové mříže. Povrchové vlastnosti závisejí citlivě na mnoha parametrech, např. chemickém složení povrchu a krystalografickém uspořádání povrchových atomů.
Jak již bylo řečeno, tenká vrstva je ohraničena dvěma co do vzdálenosti velmi blízkými rozhraními, což vysvětluje často specifické a od objemových vlastností (někdy značně) odlišné fyzikální vlastnosti tenkých vrstev. Vlastnosti tenkých vrstev závisejí na mnoha parametrech, z nichž vedle chemických a strukturních parametrů je nutno zmínit i interakci se substrátem (vytváření vazeb a přenos náboje) a okolním prostředím (např. kontaminace nebo adsorpce plynů na povrchu může hrát významnou roli).
Povrch pevné látky je v elektronice často využíván jako zdroj nabitých částic pro různé elektrovakuové přístroje, tj. vakuové elektronky v nejširším slova smyslu (běžné elektronky, oscilografické trubice, obrazovky, mikrovlnné elektronky, jako magnetrony, klystrony apod., elektronové mikroskopy, rentgenky, hmotnostní spektrometry, urychlovače elementárních částic atd.) a též systémy využívající výbojů v plynech (osvětlovací výbojky, plazmotrony, plynové lasery apod.). Právě tento zdroj částic často do značné míry určuje důležité parametry celého přístroje (výkon, stabilitu, životnost apod.).
Detailní znalost vlastností povrchu a elektronických procesů v něm probíhajících je často limitujícím faktorem pro možnost zvládnutí určitého elektronického jevu a možnost jeho spolehlivé aplikace. Proto jsou velmi důležité i metody, které nám umožňují povrchové vlastnosti reprodukovatelně upravovat a co nejdetailněji zjistit, tzv. metody analýzy povrchů. Jde o metody, jež umožňují stanovit morfologii povrchu, jeho krystalickou strukturu, jeho chemické složení a změny elektronové struktury (oproti struktuře v objemu), které z dříve vyjmenovaných vlastností vyplývají. Tyto analytické metody využívají, jak uvidíme, převážně emise nabitých částic (příp. fotonů nebo i neutrálních) z povrchů, neboť emitované částice nesou s sebou informace, charakterizující vlastnosti povrchové vrstvičky, ze které vyšly.
Copyright (c) 2004 KEVF. All rights reserved.