在超高真空条件（＜10-8Pa）下，通过脆性晶体的解理（cleavage）、分子束外延及离子的多次轰击和退火等途径，我们可获得清洁表面。在实验室获得的清洁表面上，杂质分数小于10-3。在理论研究中，人们常认为清洁表面上没有任何吸附物。而通常环境中的材料，其表面的结构却非常复杂，因为它会吸附周围的物质来降低表面能，而且还存在各种缺陷，如点缺陷、线缺陷等，如图5.8所示。图5.8为晶体表面的TLK（Terrace-Ledge-Kink）模型。该模型展示了晶体表面存在的平台（terrace）、吸附原子（adatom）、台阶（step）、扭折（kink）、台阶吸附原子（step-adatom）和空位等缺陷。

1.台阶表面

没有任何吸附物的台阶表面也称为清洁表面，这种表面也能发生弛豫或重建。人们已经在Pt、Cu、Si、ZnO和GaAs的某些晶面上观察到了台阶表面。图5.8表明台阶ABC在一维方向的尺寸较另外二维方向的尺寸大得多，故把它看成是表面上的一种线缺陷。台阶连接了其两边的平整晶面（即平台）。

表面台阶会导致表面产生高Miller指数的晶面。图5.9示意了简单立方晶体中，台阶与高指数晶面的关系。坐标原点设在C点，x轴垂直于纸面，则图中AB、CD、EF为（001）晶面，对应图5.8中的平台。BC、DE为台阶，晶面指数为（010）。虚线BDF为台阶表面。由2.6.4节的方法，BDF的晶面指数为（014）。（014）晶面的法线n2与（001）晶面的法线n1之夹角为θ。

图5.8　晶体表面结构缺陷示意图（引自Bechstedt，2007）

图5.9　简单立方晶体二维台阶面投影图（CD、BDF所在晶面皆与纸面垂直。n1、n2分别是CD、BDF晶面的法线）（引自Bechstedt，2007）

台阶表面也可用一定的符号表示。其表示方法为

式中，S为基底材料化学式；s为台阶step的首个字母；m表示平台（hkl）晶面的宽度为m个原子列；n表示台阶晶面（h′k′l′）的高度为n个原子层。若原子（层）数为1，则不写数字。图5.10为面心立方Pt（111）面上的一种台阶表面。其表示符号为Pt（s）-［6（111）×（001）］。平台（111）晶面的宽度为6个原子列，如图5.10（b）所示。BD所在晶面为台阶晶面（001），其高度为1个原子层（即BE与AD的垂直距离为一个原子尺寸）。虚线ABC为台阶表面，其晶面指数为（557）。（111）面的法线与（557）面的法线之夹角为9.4°。表5.2列出了Pt部分台阶表面及其晶面指数。除Pt以外，其他台阶表面比如Ru（s）-［15（001）×2（100）］等台阶表面。(www.daowen.com)

图5.10　Pt（s）-［6（111）×（001）］台阶表面及结构［（b）是（a）的侧视图］（引自Bechstedt，2007）

除了台阶这种表面线缺陷外，位错也会在表面出现。在第4章我们已经知道位错线只能中止于晶体表面或晶界处，故位错往往在单晶体表面露头。而螺位错在表面的露头则形成台阶，刃位错的露头则导致表面点缺陷的产生。

表5.2　Pt台阶表面的获得及其晶面指数（引自曹立礼，2007）

2.表面点缺陷

与晶体内部一样，晶体表面也存在如空位、杂质、置换和间隙原子等点缺陷。图5.11示意了单质和二元化合物晶体的表面点缺陷。

图5.11　表面点缺陷示意图（引自Bechstedt，2007）

（a）为单质晶体的理想表面；（f）为二元化合物晶体的理想表面；（b）（g）（k）为杂质置换；（c）（h）（l）为表面空位；（d）（e）（i）（m）为间隙原子缺陷；（j）（n）为A、B原子的错位缺陷