硅及多孔硅表面Si-OH、SiO-,2-結構的理論研究.pdf

1、Si-OH、SiO2存在于硅及硅復合材料的表面，對硅及其復合材料的性能具有很大的影響。例如Si-OH存在于多孔硅的表面，對多孔硅的發(fā)光性能、多孔硅表面吸附爆炸等具有重要的意義；在硅器件中，硅片表面被氧化形成SiO2影響硅片表面薄膜的沉積，進而影響器件的性能。由于物質的微觀結構決定了其各種物理化學性質，因此對硅及硅復合材料的表面組織形貌、微觀結構、化學成分和表面成鍵等情況的研究，對于進一步研究硅及其復合材料的表面化學態(tài)、表面物理化學吸附具

2、有重要的理論意義，并且對硅器件生產工藝的改進具有一定的指導意義。 由于微觀結構和電學性質上的特點，實驗直接觀察硅及其復合材料微觀結構受到一定的限制，而計算機模擬可以對一些通過實驗無法直接觀測的量進行計算，補充實驗研究的不足。因此，采用理論計算研究硅及其復合材料的表面結構是一種十分重要的方法。本論文采用CASTEP第一性原理計算程序，對硅和多孔硅表面的Si-OH和SiO2結構展開了較為詳細的研究。首先對硅片表面的Si-OH和SiO

3、2結構進行了對比計算，交換關聯(lián)能函數分別采用局域密度近似(LDA)和廣義梯度近似(GGA)描述，從體系總能和表面結構兩個方面進行分析比較，得出第一原理廣義梯度近似(GGA)方法更適合硅材料表面結構的研究。在以上研究的基礎上，接著采用基于密度泛函理論廣義梯度近似(GGA)的平面波超軟贗勢方法，對多孔硅表面的Si-OH結構和Si/SiO2界面結構進行計算，通過分析優(yōu)化后穩(wěn)定的表面結構，得到以下結論：多孔硅的表面為完全不規(guī)則結構，表面Si-O

4、H結構中的Si-O鍵長值分別介于0.161-0.163nm之間和0.168-0.170nm之間，O-H鍵長值分別為0.097nm和0.098-0.100nm，角∠Si-O-H的值主要分布在109.0°-116.3°之間，角∠O-Si-O的值主要分布在96.2°-98.5°之間，Si-O鍵之間表現出共價鍵特性，O-H鍵之間表現出離子鍵特性；對于Si/SiO2，其界面結構呈無序狀，存在Si-O-Si和Si=O結構，Si/SiO2界面結構中的