氫吸附硅表面穩(wěn)定性及氫鈍化對(duì)In吸附Si（100）面影響的第一性原理研究.pdf

1、本文采用第一性原理理論研究氫吸附Si表面和In吸附氫鈍化的Si(100)面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 首先進(jìn)行了H吸附Si低指數(shù)面的研究。用US-PP和PAW兩種勢(shì)對(duì)Si晶格常數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果顯示這兩種勢(shì)計(jì)算結(jié)果相差不大。我們?cè)趦?yōu)化的Si晶格常數(shù)基礎(chǔ)上選取超原胞模型模擬基底，超原胞具有對(duì)稱性，其真空層厚度不小于1nm，表面三層進(jìn)行弛豫。對(duì)Si的三個(gè)理想低指數(shù)表面結(jié)構(gòu)、H原子吸附后的原子結(jié)構(gòu)、H原子吸附表面穩(wěn)定性等問題進(jìn)行了詳細(xì)的討論。我們發(fā)

2、現(xiàn)，Si的三個(gè)理想低指數(shù)表面中，Si(111)面最為穩(wěn)定。對(duì)H/Si體系，在氫化學(xué)勢(shì)比較低的情況下，H原子在Si(100)面吸附不會(huì)打斷表面Si二聚體化學(xué)鍵，在富H的情況下，Si(100)面二聚體鍵打開，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)由單氫變?yōu)殡p氫；同樣H在Si(111)面的吸附隨H化學(xué)勢(shì)的增加也有所變化，三氫結(jié)構(gòu)成為最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。H原子吸附前后Si(110)面都為不穩(wěn)定面。 以H原子吸附Si(100)面的計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，研究In原子在氫鈍化Si(1

3、00)表面的吸附。首先對(duì)In原子的吸附結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并得到了與實(shí)驗(yàn)一致的結(jié)論。計(jì)算表明In在H/Si(100)-(1×1)面的吸附能小于In在H/Si(100)-(2×1)面的吸附能(單位面積)，由于氫原子對(duì)硅表面的鈍化作用使得In在Si襯底的外延生長(zhǎng)被破壞，In原子易在襯底表面形成團(tuán)簇。對(duì)In原子是否會(huì)向襯底擴(kuò)散并與H原子發(fā)生交換的研究表明，In原子吸附于H/Si(100)表面比與H原子發(fā)生交換具有更穩(wěn)定的能量，因此，在平衡條件下，I