离子-固体表面相互作用研究的一个重要方向就是离子和表面散射,中间主要涉及表面激发、电子发射、入射粒子的轨迹演化和能量损失以及入射离子(或原子)和表面原子的电荷交换等过程。目前,离子表面散射技术在表面分析、溅射处理、离子束改性等方面有着广泛的应用。考虑到出射粒子的电荷态主要由表面附近的电荷转移过程所决定,我们可以采用离子表面散射技术来探查固体表面的电子特性。在离子(或原子)和金属表面的散射中,共振电荷转移(RCT)起主导作用。半导体Si具有特殊的能带结构,即存在一个窄带隙,并且在带隙区域存在局域悬挂键表面态。由于水分子在Si表面会发生解离吸附,使得表面的悬挂键彻底消失,这对单独研究表面带隙效应非常重要。另一方面,负离子具有比较低的电子亲和势,非常适合探测表面带隙附近的电子态。本论文主要研究了低能负离子(C-、O-、F-)和水覆盖Si(111)表面的电荷转移过程。入射能量为6.5-22.5 keV,散射角为38o。散射粒子的电荷态信息由一维位置灵敏探测器测量。实验结果显示:正离子份额比较小且随垂直出射速度、出射角的增大单调增大;在镜面散射条件下,负离子份额也随垂直出射速度的增大单调增大;特别地,在入射能量一定时,负离子份额随出射角的变化是非单调的,份额曲线呈现为“钟罩形”。正离子的产生可用非弹性两体碰撞模型来解释。然而,非单调的“钟罩形”负离子份额无法用传统的自由电子气(Jellium)模型来解释。为此,我们采用了一个修改的共振电荷转移模型来计算负离子份额,其结果与实验结果符合的很好。我们发现,在离子-表面距离很小时中性原子“非零”产额,并且服从一个指数关系。这强烈表明,对于负离子的形成,在近距离处动力学的电荷平衡态从来没有达到;并且在入射能量相对比较高时,带隙对电荷转移的影响在很大程度上可以忽略,即电荷转移具有非绝热特性。