低能入射Si与Si(001)2×1重构表面相互作用过程的分子动力学模拟

利用Tersoff势函数,对300K时初始入射动能为0.03eV的单个Si原子从6个不同位置轰击Si(001)2×1重构表面的动力学过程进行了模拟.分析了入射Si原子的动能变化、势能变化以及其运动轨迹.结果表明:入射原子与表面原子相互作用几个皮秒后即可进入稳定位置,其与基底原子的结合能最大可以达到2.99eV;从位置1,2,3,4入射的原子不能使基底表面的二聚体键断开,而从位置5和位置6入射时,表面二聚体键的断开在入射原子与基底表面原子发生相互作用几十飞秒后即可完成.     

低能入射Si与Si（001）2×1重构表面相互作用过程的分子动力学模拟

利用Tersoff势函数，对300K时初始入射动能为0．03eV的单个si原子从6个不同位置轰击Si（001）2×1重构表面的动力学过程进行了模拟．分析了入射si原子的动能变化、势能变化以及其运动轨迹．结果表明：入射原子与表面原子相互作用几个皮秒后即可进入稳定位置，其与基底原子的结合能最大可以达到2．99eV；从位置1，2，3，4入射的原子不能使基底表面的二聚体键断开，而从位置5和位置6入射时，表面二聚体键的断开在入射原子与基底表面原子发生相互作用几十飞秒后即可完成．     

C与Si重构表面碰撞过程的分子动力学模拟

利用 Tersoff半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了荷能 C原子与 Si(0 0 1) - (2× 1)重构表面碰撞动力学过程中入射 C原子能量随时间的变化情况 ,观察到了 C原子和表面 Si原子成键过程中 C原子的吸附、Si原子二聚键的打开、C原子的徙动以及 C、Si原子成键等物理过程 ,并对不同入射位置处入射 C原子和表面 Si原子碰撞过程中能量转移机理进行了分析。模拟结果表明 ,C原子相对于表面不同的局部构型发生不同的碰撞过程 ,而 C原子能量的提高有利于成键过程的发生 ,结果为 Si C在Si表面生长初期物理过程的认识提供了参考数据     

H_2O在Si(100)-(2×1)表面上的吸附和氧化

利用AES以及HeI(21.2eV)和同步辐射(138.5eV)光电子谱研究了H_2O在Si(100)-(2 ×1)表面上的室温吸附、高温退火效应以及开始氧化的过程.AES的测量结果表明,H_2O在这种表面上的粘附系数很大,在350K下,当曝汽量约为2L时就达到饱和,其覆盖率θ=1/2.价带区域的光电子谱出现三个由于H_2O吸附而引起的特征峰,低于价带顶分别为6.2、7.2和11.5eV.350K下的 H_2O吸附导致Si 2p能级的结合能增加0.8±0.1eV,相当于一个Si原子同一个氧原子键合的情况.在 640K下退火后,出现Si 2p的第二个化学位移峰,其位置比体内Si 2p 峰约低 1.8eV,表明这时的 H_2O已经完全离解,一部分Si原子同两个氧原子键合(可能是桥键方式). 在 870K下退火,得到Si 2p的四个化学位移峰,说明氧已经贯穿进Si的体内,形成SiO_x(x=1、2、3和4).当退火温度进一步提高到T(?)970K时,恢复Si的清洁表面,表明氧被完全脱附.     

Pt/Si界面化学键性质的研究

在超高真空系统中,超薄层 Pt淀积膜原位蒸发在原子清洁的 Si(111)表面上形成 Pt/Si界面.利用光电子谱技术(XPS和UPS)研究了Pt/Si 界面的化学性质.测量了Si2p和Pt 4f芯能级和价带电子态,并着重研究这些芯能级及电子态在低覆盖度时的变化.由 Si(2p)峰的强度随 Pt 覆盖度的变化可以清楚证明:在 300 K下淀积亚单原子层至数个单原子层 Pt的 Pt/Si(111)界面发生强烈混合作用,其原子组伤是缓变的.由于Si原子周围的 Pt原子数不断增加,所以 Pt 4f芯能级化学位移随 Pt原子覆盖度的增加而逐步减小,而Si 2p芯能级化学位移则逐步增大.同时,Pt 4f峰的线形也产生明显变化,对称性增加;Si 2p峰的线形则对称性降低.淀积亚单原子层至数单原子层Pt的UPS谱,主要显示两个峰:-4.2eV(A峰),-6.0eV(B峰).A峰随着覆盖度的增加移向费米能边,而B峰则保持不变.这说明Ptd-Sip键合不受周围Pt原子增加的影响.利用Pt/Si界面Pt原子向Si原子的间隙扩散模型讨论了所观察到的结果.     

Si(111)面氟吸附的研究

本文先用集团模型和电荷自治的EHT方法研究了Ⅶ族元素F在 Si(111)面的化学吸附,利用能量极小原理确定了化学吸附位置;在此基础上,采用薄片(SLAB)模型和EHT经验紧束缚方法对吸附体系的电子结构作了计算.计算结果表明,F可以吸附在Si(111)面的顶位和三度空位上,但以顶位为更稳状态.顶位吸附时,F与表面的距离为1.53A,吸附能为4.7eV;三度位吸附时,F与表面的距离为-2.2A,吸附能为3.1eV.吸附后,F对总态密度和能带的贡献主要局域在真空能级下-17eV～-19eV之间.此外,顶位吸附使原清洁表面悬键引起的表面态消失.     

Si(100)—As表面钝化作用和氧吸附

利用自己研制的具有分子束外延系统的表面分析联合谱仪研究了氧与Si(100)—As表面的相互作用。本文进一步证实了As层是Si表面的很好的钝化层,并首次研究了Si(100)—As表面的氧吸附全过程。实验表明,氧的饱和覆盖量为0.5单原子层,即Si表面上存在As原子层而使吸附位置减少一半。另外,通过吸附动力学分析得知,Si(100)—As表面的初始粘附系数是5.6×10~(-3),比清洁的Si(100)表面小一个数量级。Si表面上As的钝化作用是Si原子的悬挂键态被As原子的占有孤立对态代替而形成。     

Si(100)2×1面上钾原子间相互作用和吸附表面结构

本文用原子集团模型和 ASED-MO方法,计算了K在Si(100)2 ×1面上不同吸附位置上的结合能和K-K相互作用能,从不同吸附结构下吸附能的计算结果,讨论了饱和覆盖度下的表面结构问题,支持了由两种类型的吸附K原子键组成的双层结构模型.     

Si(113)表面电子结构的研究

采用Si_(16)H_(21)和Si_(31)H_(39)原子集团分别模拟Si(113)和Si(111)表面;通过半经验自洽CNDO法计算了两个体系的电子结构.结果表明,Si(113)具有与Si(111)不同的表面态特征.Si(113)表面台阶和台面原子上电荷重新分布,与悬键相关的表面电子态都强烈地定域在表面Si原子上,尤其局域在悬键方向上,并且具有比(111)面上更高的悬健态密度.理论计算结果能解释以前的光电子谱实验.     

硅表面氧吸附的自洽键轨道计算

一种简单的考虑到电荷转移引起原子波函数变化的自治键轨道计算用于 Si(111)表面原子氧吸附的研究.在顶位吸附的模型下,适当选择Si-O键的长度可以得到在价带光电子发射谱中几个主要峰的相对能量位置.结果表明,顶位吸附的 Si-O键的长度只略小于体内Si-Si键的长度,而不是通常猜测的那样接近SiO_2体内的键长.同样的计算也能给出氧化后的Si-O键的能量.     

Si基MOCVD生长AlN深陷阱中心研究

通过PL谱和Raman谱对MOCVD生长Si基AlN的深陷阱中心进行了研究,发现三个深能级Et1,Et2,Et3,分别在Ev上2.61,3.10,2.11eV.Et1是由氧杂质和氮空位(或Al间隙原子)能级峰位靠近重合共同引起的,Et2、Et3都是由于衬底Si原子扩散到AlN引起的.在Si浓度较低时,Si主要以取代Al原子的方式存在,产生深陷阱中心Et2.Si浓度高于某个临界浓度时,部分Si原子以取代N原子位置的方式存在,形成深陷阱中心Et3.实验还表明,即使经高温长时间退火,AlN中Et1和Et2两个深陷阱中心也是稳定的.     

GaAs和Si的电子亲合势和功函数的比较研究

利用 He灯光源(21.2eV和 40.8 eV)和柏林 BESSY同步辐射光源(108.6eV),分别测量了GaAs和Si的(111)、(110)、(111)和(001)表面的包括芯态光电子峰(GaAs的Ga 3d和Si的2p)的光电子谱.这些表面是利用离子轰击加高温退火的方法,分别在以[110]晶向为轴的GaAs和Si单晶圆柱体上制备的.另外,还利用分子束外延方法在GaAs 圆柱面上制备其外延表面,这样得到的(111)和(001)面是富As的.根据光电子谱的低能(二次电子)阈值和芯态光电子峰的能量位置,确定各种表面的功函数φ和电子亲合势x. 结果表明,由于GaAs晶体的极性和表面成分的差异,它的x值随晶向的变化比Si的大.不同晶向Si的x值的微弱变化,可能是由于不同的表面原子再构产生不同的表面偶极子引起的.对于GaAs的不同晶面,φ和x的变化基本上是平行的,表明不同晶向表面能带的弯曲大致相同;对于Si,_▲~＇φ的变化比x的变化明显,表明其表面能带的弯曲与晶向有关.     

硫钝化GaP(001)表面的结构及电学性质研究

基于第一性原理的密度泛函理论,分析了覆盖度为1 ML(monolayer)的硫吸附在磷截止和镓截止的GAP(001)(1×2)表面的结构和电学属性.能量计算表明,最稳定的吸附模型均是SHB ST4,镓和磷二聚物都被断开,周期单元由(1×2)变成(1×1),硫原子吸附在桥位置,Ga-S键比P-S键更稳定.电学性质分析可知,硫吸附在镓截止GaP表面后能隙中的表面态大幅度减少,而吸附在磷截止的表面时表面态并没有减少且在0.74 eV处多了一个新峰,硫吸附在镓截止表面后的态密度分布与实验结果吻合很好.因此,1 ML的硫吸附在GAP(001)面时表面上最主要形成Ga-S键.     

热原子层沉积技术制备TiAlCN薄膜的特性

在Si和SiO2基底上,采用热原子层沉积技术,以四(二甲基氨基)钛(Ti(N (CH3)2)4)和三甲基铝(Al (CH3)3)为前驱体,制备TiAlCN薄膜.测试结果表明,随着基底温度的升高,膜层的沉积速率升高,电阻率降低,光学带隙由3.45 eV降低到2.00 eV,并在基底温度为300和350℃时出现了双吸收边;基底温度为350℃时,Al (CH3)3分解,使Al进入膜层与TiN和TiC形成TiAlN和TiAlC;膜层中TiN和TiC的形成,可以有效抑制膜层的自然氧化;基底温度为250和300℃时,薄膜为无定型结构,当基底温度为350℃时,有TiN晶体产生;膜层的表面粗糙度随着基底温度的升高先降低后升高,表面粗糙度的升高可能是因为在基底温度为350℃时前驱体材料的分解,使C-H键进入膜层所导致的.     

非金属原子在Si(111)表面单重顶位上的化学吸附研究

本文应用CNDO/2方法研究了非金属原子在Si(111)表面单重顶位上的化学吸附,得到了束缚能、键长以及电荷分布等与吸附原子和Si(111)表面形成的共价键强弱间的对应关系.     

Ce在Si(111)面上吸附的EHT研究方法

采用集团模型和半经验的EHT方法研究Ce原子在Si(111)顶位和三度位吸附,由体系总能量最低确定了稳定的吸附位置,并在最稳定的三度吸附位讨论了Ce-Si成键特性和状态密度.结果表明,Ce原子的5d和4f轨道与Si原子的3p轨道相互作用,在费米能级以下形成了混杂的能级,同时5d和4f轨道的能量降低,获得少量6s轨道的电荷,而整个Ce原子失去约0.8个电子.计算所得结果及态密度在吸附前后的变化与第一性原理的DVM计算符合较好.     

Si/GaP(111)和(■)界面的研究

本文报道用EHT方法计算Si/GaP(111)、(111)和(110)界面的电子结构,得到它们的价带不连续值△E_v分别为:0.88eV、0.97eV和0.87eV,这和Si/GaP的实验结果:△E_v=0.80eV和0.95eV相符合.不同晶向△E_v相差达0.1eV.分析Si和GaP价带顶位置的变化情况,发现对Si/GaP(111),界面态对价带顶的影响不大.但对于Si/GaP(111)异质结,由于界面态的影响,使Si价带顶明显上移.此时,界面态对△E_v的非线性影响不可忽略。     

Si基MOCVD生长AlN深陷阱中心研究

通过PL 谱和Raman谱对MOCVD生长Si基Al N的深陷阱中心进行了研究,发现三个深能级Et1 ,Et2 ,Et3,分别在Ev 上2 .6 1,3.10 ,2 .11e V.Et1 是由氧杂质和氮空位(或Al间隙原子)能级峰位靠近重合共同引起的,Et2 、Et3都是由于衬底Si原子扩散到Al N引起的.在Si浓度较低时,Si主要以取代Al原子的方式存在,产生深陷阱中心Et2 .Si浓度高于某个临界浓度时,部分Si原子以取代N原子位置的方式存在,形成深陷阱中心Et3.实验还表明,即使经高温长时间退火,Al N中Et1 和Et2 两个深陷阱中心也是稳定的     

Ag3PO4(111)清洁面的原子弛豫对其体系能量及电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理GGA+U方法,研究了Ag3PO4(111)面的原子弛豫对其体系能量及电子结构的影响.发现Ag3PO4(111)面原子弛豫后,表面两个三配位的Ag原子均向里移动超过0.06 nm,而表面次层的O原子则均向外移动0.004 nm,导致弛豫后暴露在最表面的是O原子.而且弛豫使表面原子的核外电荷向表面内部发生了一定程度转移,表面键的杂化作用使共价左右增强,表面键长缩短.计算出的能带结构和态密度显示出原子弛豫窄化了价带宽度0.15 eV,增加了带隙宽度0.26 eV.同时未弛豫结构中存在于价带顶和导带底的两个表面峰在弛豫后完全消失,弛豫使Ag3PO4表面从金属特征向半导体特征转变.     

Si(001)斜切衬底上Ge量子点的固相外延生长

研究了Si(001)面偏[110]方向6°斜切衬底上Ge量子点的固相外延生长.实验结果表明,在Si(001)6°斜切衬底上固相外延生长Ge量子点的最佳退火温度为640℃,在斜切衬底上成岛生长的临界厚度低于在Si(001)衬底成岛生长的临界厚度,6°斜切衬底上淀积0.7nm Ge即可成岛,少于Si(001)衬底片上Ge成岛所需的淀积量.从Ge量子点的密度随固相外延温度的变化曲线,得到Ge量子点的激活能为1.9eV,远高于Si(111)面上固相外延Ge量子点的激活能0.3eV.实验亦发现,在Si(001)斜切衬底上固相外延生长的Ge量子点较Si(001)衬底上形成的量子点的热稳定性要好.