Si表面吸附及Si摻雜缺陷GaN磁性的研究.pdf

1、硅作為最重要的半導(dǎo)體材料，其表面結(jié)構(gòu)及其外延生長一直是人們關(guān)注的研究課題。由于Au/Si界面在電子器件和表面催化方面的廣泛應(yīng)用，深入了解其微觀結(jié)構(gòu)與特性具有重要的意義。本文采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理計(jì)算方法，對Si各種表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了搭建和重構(gòu)計(jì)算，并對Au在Si(100)p(2×2)表面上的吸附結(jié)構(gòu)，電子性質(zhì)以及Si對GaN的d0磁性的影響進(jìn)行了研究，其主要結(jié)論如下：
　　 首先，研究了Si(100)表面p(2×

2、1)、p(2×2)和c(4×2)三種常見重構(gòu)的結(jié)構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)，即是p(2×1)在表面兩種不同的平行排列方式。計(jì)算不同重構(gòu)Si(100)表面結(jié)構(gòu)中不對稱(duckled)二聚體(dimer)能量，不對稱二聚體p(2×1)和這兩種交替排列的不對稱二聚體結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)化需要能量的下降而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N排列順序，p(2×2)和c(4×2)兩種重構(gòu)結(jié)構(gòu)中每個dimer之間的能量差很小，僅為4meV。對Si(100)p(2×2)表面進(jìn)行電荷密度分析，結(jié)果

3、表明Si(100)p(2×2)表面不對稱二聚體中兩個原子化學(xué)性質(zhì)不同，Si-down原子中的電子轉(zhuǎn)移到Si-up原子中，從而Si-up原子是少電子態(tài)，而Si-down原子是多電子態(tài)。
　　 其次，對單個Au原子在Si(100)p(2×2)表面上的吸附進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)Au吸附在兩個相鄰平行dimer行之間溝槽的位置上是最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；對該結(jié)構(gòu)的電子結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)的研究，發(fā)現(xiàn)Au原子的吸附飽和了表面懸掛鍵，而Au原子與表面硅原子形成具有

4、部分離子鍵特性的共價鍵；另外，發(fā)現(xiàn)清潔Si表面能帶結(jié)構(gòu)中存在的兩條能帶，由于Au原子的吸附，在Au吸附Si(100)p(2×2)表面的能帶結(jié)構(gòu)中消失，Au原子飽和了Si(100)表面上一部分的懸掛鍵，使得整個體系中的帶隙減小。而對Au。團(tuán)簇在Si(100)p(2×2)表面上的吸附研究，發(fā)現(xiàn)吸附較佳的位置是在Si(100)p(2×2)表面溝槽處，Au3團(tuán)簇中的一對Au鍵斷裂，形成折線型Au鏈，其它兩個Au-Au鍵的鍵長縮短；Au原子的增加

5、使得整個體系中的能帶間隙近一步減小。對在Au/Si(100)p(2×2)表面上吸附Cd和S的計(jì)算結(jié)果表明，S原子更易吸附在Au/Si(100)p(2×2)表面上。
　　 最后，利用第一性原理局域自旋密度近似方法對Si參雜GaN的d0鐵磁性進(jìn)行了研究。研究表明Ga空位缺陷會產(chǎn)生3μB的磁矩，而Si摻雜后對GaN d0鐵磁性的影響明顯；Si摻雜后缺陷誘導(dǎo)的GaN磁矩發(fā)生淬滅，磁矩減小到2μB，隨Si含量的增加磁矩進(jìn)一步減少。這一理論