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半導体用語集

表面張力

英語表記：surface tension

　結晶表面の単位長さあたりに働く表面に沿った方向の力を表面張力と呼ぶ。バルク結晶から表面を作るのに要する仕事を表面自由エネルギーと呼び、表面自由エネルギーは常に正の値を持つ。単位面積あたりの表面自由エネルギーをγとすると、表面積Aの結晶面の表面自由エネルギーはAγとなる。表面ストレステンソルσαβ（面内のα軸に垂直な単位長さあたりに働くβ方向の力）は、結晶の表面積をAから dA = δαβ Adεαβ だけ変化させるのに必要な仕事として下式で定義され、表面張力とも呼ばれる。

εαβは面内の歪テンソル（結晶表面上の位置γの歪による変位をu(r)とすると、歪テンソルは次式で定義される。εαβ = ∂uβ/∂xα ）を、δαβはクロネッカーのデルタ（α = βの時 δαβ = 1、α ≠ βの時 δαß = 0）を表わす。Aとγに対するεαβ微分より第三式が導かれる。単位長さあたりに働く力σαβは、単位面積あたりのエネルギーγと同じ次元を持つことに注意して欲しい。
　液体では表面自由エネルギーγは等方的で、εαβにもよらないので第三式第二項が消えて、表面張力σは表面自由エネルギーγに等しい。液体表面では、正の値を持つ伸長性の等方的表面張力が働き、表面積を最小にする。結晶表面では表面自由エネルギーγは面方位依存性を持つので、表面張力σαβも面方位に依存する。さらに第三式第二項の寄与がある異方的表面では、表面張力は表面自由エネルギーと異なり、面内でも異方的になりうる。たとえば、Si（100）面では表面のSi原子がダイマー構造（隣接原子対のダングリングボンドの共有結合）を取るため、ダイマー方向には正の値を持つ伸長性の表面張力が、ダイマー方向に垂直なダイマー列方向には負の値を持つ圧縮性の表面張力が働く。

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