Во всех теориях зародышеобразования первым этапом считается столкновение атомов или молекул пара с подложкой. В результате столкновения частицы пара могут адсорбироваться и прочно закрепиться на подложке, могут через конечный промежуток времени после адсорбции снова испариться, а могут и мгновенно упруго отразиться от подложки.

В общем случае незаряженные нейтральные частицы (НЧ) пара падают на поверхность с энергиями, значительно большими, чем , где  – температура подложки. Поэтому возникает вопрос, сможет ли такая частица, например атом пара, достаточно быстро прийти в равновесие с подложкой так, чтобы смогла произойти его адсорбция, или он отразится от подложки, не отдав ей при этом всей своей энергии. В последнем случае коэффициент термической аккомодации (1.1.1)будет меньше единицы.

– кинетическая энергия атома пара, падающего на подложку;  – энергия десорбированного атома до установления равновесия с подложкой;  – энергия десорбированного атома после установления равновесия с подложкой; , ,  – соответствующие температуры.

Мак-Фи и Леннард-Джонс показали, что время, необходимое для того, чтобы падающий атом потерял свою избыточную кинетическую энергию и закрепился на подложке, порядка , где ν - частота колебаний решетки в подложке. Таким образом, атом, столкнувшись с подложкой, за несколько колебаний решетки теряет почти всю свою избыточную энергию. Поэтому в дальнейшем полагаем, что установление равновесия происходит мгновенно.

Процессы взаимодействия НЧ с поверхностью можно разделить на группы:

- процессы, происходящие на поверхности и в тонком приповерхностном слое, приводящие к адсорбции или отражению первичных НЧ, диффузии адсорбированных частиц, внедрению НЧ в приповерхностный слой, нагреву поверхности;

- эмиссионные процессы: эмиссия электронов, физическое и химическое распыление, десорбция первичных НЧ и слабосвязанных физически адсорбированных инородных частиц.[3]

Отражение первичных НЧ.

а) Упругое отражение без изменения кинетической энергии НЧ.

Такой процесс наблюдается при энергии падающей на поверхность частицы  от 0,03 до 0,5 эВ. Коэффициентотражения составляет от до , в зависимости от типа НЧ и материала поверхности. Характерен рост коэффициента отражения в этих пределах с уменьшением поляризуемости НЧ.

б) Упругое отражение с обменом кинетической энергией.

Такой процесс наблюдается при  эВ. Коэффициент отражения лежит в интервале от 0,8 до 0,95. Обмен энергией между НЧ и твердым телом возможен в том случае, если падающая НЧ находится некоторое время в адсорбированном состоянии.

Для многоатомных НЧ в обмене энергией могут принимать участие не только кинетическая, но и вращательная с колебательной энергией. Коэффициент аккомодации в этом случае будет больше, чем для одноатомных НЧ, так как включает в себя три парциальных коэффициента, соответствующих каждому виду энергии.

в) Неупругое отражение с поверхностной ионизацией.

Часть падающих НЧ может покинуть поверхность в ионизованном состоянии, т.е. приобрести или положительный, или отрицательный единичный заряд.

г) Неупругое отражение с поверхностным тушением.

Если падающая НЧ находится в возбужденном состоянии, то в процессе отражения она переходит в основное состояние с вероятностью, близкой к единице.

Эмиссия электронов.

Известны два механизма эмиссии электронов при взаимодействии НЧ с поверхностями: потенциальная и кинетическая эмиссия. Потенциальная эмиссия происходит при условии, когда НЧ обладает внутренней энергией Ев (энергией возбуждения), и она превышает работу выхода электрона . Возбужденные НЧ имеют высокую поляризуемость (большой дипольный момент). При их приближении к поверхности на расстояние 2 – 3 Å происходит полевое вырывание электрона и тушение частицы. Максимальная энергия эмитированного электрона равна  – .

Кинетическая эмиссия происходит, если не выполняется условие для потенциальной и кинетическая энергия частицы превышает 500 эВ. Механизм эмиссии сводится к ударной ионизации частицы поверхности. Коэффициент эмиссии растет от 10^–3 до 5. [3]

Адсорбция падающих НЧ.

Это процесс прилипания падающих НЧ к поверхности под действием сил связи (притяжения).

Силы связи при адсорбции.

При приближении НЧ к поверхности на расстояние меньше 10 Å, между ней и частицами поверхности возникают силы взаимодействия. Различают три предельных типа сил взаимодействия, приводящих к адсорбции:

- силы Ван-дер-ваальса

- обменные силы

- гетерополярные силы.

Адсорбцию под действием сил Ван-дер-ваальса называют физической. Силы Ван-дер-ваальса – это электростатически наведенные силы, обусловленные деформацией внешних электронных оболочек. Они относятся к слабым силам. Энергия связи под действием этих сил составляет 0,01 – 0,3 эВ в зависимости от материала поверхности ирода НЧ. Силы проявляются при приближении НЧ к поверхности на расстояние 3 – 10 Å и относятся к дальнодействующим. Особенностью этих сил является отсутствие у них активационного барьера. Силами Ван-дер-ваальса в основном обусловлена физическая адсорбция органических молекул, атмосферных частиц, многоатомных молекул и инертных газов. [3]

Силы Ван-дер-ваальса в свою очередь делятся на:

       -ориентационные

-индукционные

-дисперсионные.

Ориентационные силы возникают между частицами с постоянными дипольными моментами. Индукционные силы возникают между частицами с постоянным и наведенным дипольным моментом или наведенным зарядом (для металлических и полупроводниковых поверхностей). Дисперсионные силы возникают при корреляции между флуктуирующими дипольными моментами.

При физической адсорбции инертных газов, а также молекул N₂, O₂, и H₂ преобладают дисперсионные силы. При физической адсорбции молекул H₂O, CO, и NH₃ преобладают ориентационные силы.

Адсорбция под действием обменных сил называется химической или слабой хемосорбцией. Обменные силы возникают при перекрытии электронных оболочек взаимодействующих частиц и обусловлены электронными переходами между НЧ и частицей поверхности. Эти силы проявляются при расстояниях 1 – 3 Å и относятся к короткодействующим силам. Обменные силы приводят к образованию химической ковалентной связи между НЧ и частицей поверхности. Такая связь образуется двумя электронами с противоположными спинами, принадлежащими двум атомам. Энергия связи – единицы эВ. Для НЧ, совпадающих с материалом поверхности, энергия связи может достигать 30 эВ.

Для молекулярных НЧ возникновение обменных сил требует энергии активации (например, для разрыва замкнутых поверхностных связей или диссоциации падающей НЧ). Для идеальных поверхностей, например, поверхности Si, полученной сколом в вакууме, химическая адсорбция происходит без подвода энергии активации. Причем прочность соединения (силицид) выше прочности каждого из материалов в отдельности.

Адсорбция под действием гетерополярных (или Кулоновских) сил называется сильной хемосорбцией. Гетерополярные силы возникают при передаче электрона от НЧ к поверхности или наоборот. На поверхности образуется слой ионов, который индуцирует в материале поверхности заряд обратного знака. Под действием гетерополярных сил возникает ионная связь. Энергия связи превышает эту величину для обменных сил и составляет единицы эВ. Для возникновения гетерополярных сил НЧ должна приблизиться к поверхности на 1 – 2 Å.