Ni在Si(111)和Si(100)面上吸附的理论研究

采用集团模型和分立变分的 Xα方法研究 Ni原子在Si(111)顶位和三度开位吸附,以及在Si(100)四度位和桥位吸附的可能性,由体系的总能量最低确定稳定吸附位置,并在稳定吸附位讨论了Ni-Si成键特性和态密度.结果表明,只有当Si(111)表面弛豫情况下Ni原子才能沿[111]方向进入表面以下,但Ni原子也能沿[100]方向进入Si表面层.计算所得态密度与实验符合较好.比较所得的态密度和 NiSi_2/Si(111)的界面态密度表明位于表面下的Ni可能是生长NiSi_2的先兆.     

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/GaP(111)和(-1-1-1)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。     

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.     

GaAs(110)面氧吸附的研究

本文用集团模型和电荷自治的EHT方法研究出在GaAs(110)面的吸附.对几种不同模型计算了吸附的结合能,定域态密度,和芯电子的化学位移,通过与实验对比得出,氧在表面As顶吸附的构型最为稳定.     

关于Cu、Ag、Au在Si和Ge表面的吸附

本文利用集团模型和电荷自治的休克尔方法研究Cu,Ag,Au在Si(111)和Ge(111)面上可能的吸附位置和电子态,得到这些重金属原子只能吸附在三度开位上,并进入表面以下的结果,与实验观察(LEED,UPS,ISS)的结果一致.文章还计算了吸附体系的电子结构,所得到的态密度与已知的实验数据符合较好.     

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.     

氢在金刚石(100)表面的化学吸附

采用集团模型以自治的EHT方法计算了氢原子在金刚石(100)表面的吸附.结果表明,氢的吸附位置倾向于处在顶位.电子态密度的分布与已有的实验结果相符.     

Si(111)表面顶位吸附的双心键理论

采用双心键理论计算 Si(111)表面上顶位吸附 H、O、F和Cl原子的键长、电荷分配、力常数和局域振动频率,同时用自治键轨道方法计算价带的电子结构,其结果与ab initio和CNDO理论方法得出的基本一致,同O和Cl原子吸附的实验数据也大致相符,从而表明双心键理论可用于顶位原子吸附的研究.     

氧在GaP(-1-1-1)表面上的吸附特性

利用单色的HeII(40.8eV)光电子谱研究了氧在GaP(111)表面上的化学吸附特征.实验表明,在室温下被吸附的氧存在两种形态:α氧和β氧。α氧在价带中的两个光电子峰分别低于价带顶6.0和10.0eV; β氧在价带顶下5.2eV处有一个主峰和在8—9eV处有一个肩峰,它对应于离解态的氧与表面原子的键合.β氧引起Ga3d能级的化学位移为0.8±0.1eV,而α氧不引起位移.在～250℃下退火,大部分的α氧脱附,并有小部分转变为β氧,后者在～550℃时脱附.所有这些结果都与氧在GaAs表面上的吸附特性类似.     

氧在GaP(■■■)表面上的吸附特性

利用单色的HeII(40.8eV)光电子谱研究了氧在GaP(111)表面上的化学吸附特征.实验表明,在室温下被吸附的氧存在两种形态:α氧和β氧。α氧在价带中的两个光电子峰分别低于价带顶6.0和10.0eV; β氧在价带顶下5.2eV处有一个主峰和在8—9eV处有一个肩峰,它对应于离解态的氧与表面原子的键合.β氧引起Ga3d能级的化学位移为0.8±0.1eV,而α氧不引起位移.在～250℃下退火,大部分的α氧脱附,并有小部分转变为β氧,后者在～550℃时脱附.所有这些结果都与氧在GaAs表面上的吸附特性类似.     

Co在Si(100)表面化学吸附的电子结构和性质

用紧束缚下的Muffin tin轨道线性组合方法研究了单层Co原子在理想的Si(10 0 )表面的化学吸附.计算了Co原子在不同位置时吸附体系的能量.结果表明,Co原子在C位(四度位)时吸附最稳定,在Co/Si(10 0 )界面存在Co、Si混合层.同时对电子转移情况和层投影态密度进行了研究.     

Co在Si(100)表面化学吸附的电子结构和性质

用紧束缚下的Muffin-tin轨道线性组合方法研究了单层Co原子在理想的Si(100)表面的化学吸附.计算了Co原子在不同位置时吸附体系的能量.结果表明,Co原子在C位(四度位)时吸附最稳定,在Co/Si(100)界面存在Co、Si混合层.同时对电子转移情况和层投影态密度进行了研究.     

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.     

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.     

Si(001)-(2×1)的金属性表面态

利用角分辨紫外光电子谱仪,首次发现在 Si(001)-(2×1)面上存在着金属性表面态,该态位于能量为～0.1eV(E_F以下)Γ对称点附近,而且存在范围很窄.在(001)的邻面上未发现这种态.我们认为Si(001)面的金属性表面态可能来自表面部分的对称双聚键.     

H_2O在Si(100)面上化学吸附的理论研究

本文用H_2OSi_(10)H_(12)分子簇模拟H_2O在Si(100)面上的化学吸附,应用ASED-MO方法,计算了总能量面上200个以上点的分子簇总能量.从总能量最小原则得到,H_2O在Si(100)面上是解离吸附(H_(ad)+ OH_(ad)),解离吸附比分子态吸附总能量低5.61eV.解离吸附态的态密度计算结果与 UPS实验也符合得相当好.     

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.     

掺Cr,Ni对S在Fe(100)面吸附的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,在广义梯度近似下计算了Fe中掺Cr或Ni时S原子在Fe(100)面吸附的结构和电子性质,并计算了其分子轨道和吸附能。结果表明:S原子均是吸附在H位最稳定;纯铁时S在Fe(100)面H位的吸附能为-7.70 eV,掺Ni时S原子在H位的吸附能为-7.35 eV,吸附能的相对变化为4.5%;掺Cr时S原子在H位的吸附能为-5.79 eV,吸附能相对纯铁时变化为24.8%,表明掺Cr对S原子在Fe表面的吸附抑制作用更大。对比分析了每种吸附情况下的分波态密度,结果发现掺Cr时具有较高的局域电子云重叠,从而产生的排斥作用抑制了S原子的吸附。     

Si/GaAs异质结界面态及其价带不连续性

本文报道用自洽EHT方法研究Si/GaAs异质结界面态分布和价带不连续性。用准共度晶格模型处理晶格失配问题,并对晶格常数作了修正。通过对Si/GaAs(111)、Si/GaAs(111)和Si/GaAs(110)异质结中Si应变和GaAs应变的情况,分别进行计算,得到界面态分布和价带不连续值等物理量,结果表明:它们不仅依赖于组成异质结的两种材料的体性质,而且还依赖于界面晶向和材料应变。文中给出了这些计算结果,并作了初步的讨论。