Nb-Si-N納米復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)性能及形成機(jī)理的第一性原理研究.pdf

1、本論文采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理方法研究了Nb-Si-N納米復(fù)合薄膜,重點(diǎn)對(duì)其界面性能(界面力學(xué)性能和界面電子結(jié)構(gòu))和形成機(jī)理進(jìn)行了研究。計(jì)算了Nb-Si-N島在NbN(001)表面的島構(gòu)型能量和吸附能,在分析島構(gòu)型穩(wěn)定性以后,進(jìn)一步計(jì)算了不同島構(gòu)型之間的遷移演變,分析了Nb-Si-N納米復(fù)合薄膜的形成機(jī)理。最后計(jì)算Nb、Si、N單粒子在NbN(111)表面的吸附和遷移,通過(guò)勢(shì)能面(PES)的分析找出穩(wěn)定吸附位置,同時(shí)以

2、Si原子在不同終止層的遷移為代表,計(jì)算了可能的遷移方式。在本文通過(guò)計(jì)算和分析可以得出以下結(jié)論:
　　(1)Si原子加入NbN中形成界面會(huì)增強(qiáng)NbN的力學(xué)穩(wěn)定性,對(duì)于兩種不同界面類(lèi)型的Nb-Si-N納米復(fù)合薄膜來(lái)說(shuō),置換型界面結(jié)構(gòu)的抗剪切形變與抗壓縮形變的性能都優(yōu)于間隙型界面結(jié)構(gòu),楊氏模量各向異性分析顯示,間隙型界面結(jié)構(gòu)和置換型界面結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出各向同性。
　　(2)通過(guò)對(duì)Nb-Si-N界面電學(xué)性能的研究表明,Si的加入增強(qiáng)了Nb

3、N的金屬性,激發(fā)了NbN各個(gè)軌道的電子,結(jié)合能帶圖、態(tài)密度圖和分波態(tài)密度圖可以看出Si原子的加入加大了NbN的雜化程度,這些都表明Si的加入使NbN擁有了更好的電學(xué)性能。
　　(3)Nb-Si-N島在NbN(001)表面最穩(wěn)定的島構(gòu)型是Si原子在島外與Nb成對(duì)角線的情況,總能量Econfig=-837.34098eV,吸附能Ead=34.06eV。通過(guò)對(duì)構(gòu)型Nb-by-2N1Nb1Si向著Si在Nb成對(duì)角線構(gòu)型的遷移演變進(jìn)行NEB

4、計(jì)算,發(fā)現(xiàn)整個(gè)遷移過(guò)程所需要的激活能為Ea(Si-out)=1.58eV,Ea(Nb-into)=0.88eV。從遷移過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)Nb原子更傾向于穩(wěn)定在島內(nèi)不易遷出,而Si原子在一定條件下可以在島內(nèi)島外躍遷。
　　(4)通過(guò)對(duì)單粒子在NbN(111)表面吸附的勢(shì)能面(PES)分析,發(fā)現(xiàn)在以Nb原子終止層的NbN(111)表面吸附體系,單粒子可能在BR位、OT位、Hcp-HL位之間跳躍,最終穩(wěn)定在其中某個(gè)位置;在以N原子終止層的N