吕乃霞[1]2004年在《GaN（0001）表面吸附小分子的密度泛函研究》文中提出GaN基半导体在短波长发光二极管、激光器和紫外探测器以及高温微电子器件等方面显示出广阔的应用前景，已成为人们研究的热点。广泛应用的六方结构GaN及其表面性质的研究是优化GaN单晶膜生长条件及改进器件工艺处理技术的理论基础。目前，对GaN的理论研究主要集中在底物表面构型及其电子结构方面，对于表面修饰及小分子的吸附研究较少。本论文主要研究一些重要小分子在GaN(0001)表面的吸附及其分解反应，探索半导体表面沉积及其钝化的电子本质，主要研究内容及其结果如下： 一、采用密度泛函理论及簇模型方法研究了O_2分子在GaN(0001)及(000(?))表面的吸附。计算表明，分子O_2在表面桥位的平行吸附是解离吸附的前体，Mulliken布居分析表明，GaN表面的电子向O_2 π~*轨道转移，致使O-O键削弱直至解离。解离得到的氧原子在两个极性表面最有利的吸附位置均在fcc；而在(000(?))表面的吸附高度极小，使得该表面对氧原子有较高的反应活性。验证了实验上观测到的(000(?))表面存在的高浓度的氧背景。 二、研究了NH_3在洁净的及预吸附氧的GaN(0001)表面的吸附及分解行为，研究发现，与Cu、Ni等金属表面的情况相类似，氧原子的存在大大降低了NH_3在GaN表面解离的活化能及体系的总能量，从而促进了NH_3在GaN(0001)表面的分解。 叁、探讨了Cl_2在GaN(0001)表面的解离过程，解离的势能曲线表明，Cl_2在此表面的解离不存在势垒。Mulliken电荷及NBO布居分析表明，表面电子向Cl_2分子的3pσ~*转移，引起了Cl-Cl键的削弱，同时Cl原子与表面的Ga原子形成了新的共价键，这两种作用共同促进了Cl_2在表面的分解。 四、探讨了N_2O分子在GaN(0001)表面的吸附情况。计算发现，电子的转移方向对N_2O的分解起着重要的作用，只有N_2O以平行方式在桥位吸附，电子由底物向分子转移，N_2O分解为游离的N_2和吸附的氧原子，这一反应可能在产生半导体表面钝化态的同时又使有害气体N_2O分解；而在其余的吸附构型中，电子均由N_2O分子向GaN表面转移，此时两者的相互作用极其微弱，N_2O分子的几何构型与自由分子相比几乎没有变化。
王愉航[2]2010年在《InN固体表面反应的密度泛函理论研究》文中研究表明近年来，InN半导体材料以及它的合金在光电子和微电子器件领域的潜在应用，引起了人们极大的关注。随着InN材料生长及相关器件研制技术的日益进步，涉及其表面化学的问题变得格外重要。特别是关于材料的生长、表面处理技术及化学反应性质都离不开对其表面反应机理的研究。因此，在原子水平上对InN的表面结构、表面吸附进行理论研究具有重要的科学意义和实际应用前景。本论文在综述了该领域研究进展的基础上，选取周期性平板模型，采用密度泛函理论方法较系统地研究了纤锌矿InN (0001)和(000-1)极性表面的结构、无机小分子O2、N2O及O原子在极性表面的吸附行为及其对表面电子结构的影响，取得如下的新结果：1.研究了完整及缺陷InN (0001)和(000-1)的表面结构和电子性质。结果表明，对于完整的(0001)表面，表层In原子的p轨道在费米能级附近产生了一个弥散的表面态，使表面呈现出金属性，而缺陷的产生削弱了该表面态强度；完整(000-1)表面呈现半导体性质，缺陷在完整表面的带隙中引入了缺陷态，导致原有的带隙消失或者减小。2.研究了O2、N2O在InN极性表面的吸附行为和反应过程。结果发现，这些小分子在InN表面均有较大的吸附能。O2在(0001)表面存在很大的解离势垒，而在(000-1)表面则容易发生解离，解离的O原子在表面形成具有In2O3结构的氧化层，可使该表面钝化。N2O在(0001)表面反应的解离势垒仅为45.0KJ/mol，容易解离并形成N2和具有In2O3结构的O原子，表明N2O可能是一种可在室温下钝化InN(0001)表面的优良钝化剂。解离体系的电子结构分析表明，解离的O原子在表面吸附后都会削弱原有的表面态。3.研究了O原子在InN极性表面的吸附及掺杂行为。结果表明，O原子在(0001)表面倾向于吸附在穴位H3位置；而O原子在(000-1)表面则倾向于吸附在H3或T4两个位置上。对于O掺杂体系，掺杂的O原子倾向分布在InN表面区域。掺杂体系的电子结构分析说明，O原子的掺杂削弱了InN (0001)的表面态，使其费米能级提高并产生了新的带隙。
周金君[3]2015年在《温度对GaN（0001）表面生长吸附小分子SrO、BaO和Ti0_2影响的理论研究》文中提出采用基于第一性原理的从头计算分子动力学方法,模拟了在300℃、400℃、500℃、600℃、700℃五种温度下Sr O,Ba O,Ti O2叁种小分子在Ga N(0001)表面吸附的动力学过程,分别计算分析了过程与系统能量、动力学轨迹、Mulliken布居分析、表面成键电子密度分布ELF以及扩散系数五种性质。研究结果表明叁种小分子的吸附过程都经历了物理吸附、化学吸附与稳定吸附态形成的叁个阶段,但是温度对不同吸附体系的影响也有差异,温度不同,Sr O分子中的O原子与Ga N基底成键的Ga原子不同,300℃时Sr O分子中的O原子与基底表面的Ga2原子成键,在其它温度下,Sr O分子中的O原子与基底表面的Ga1原子成键。温度不同,Ti O2分子中两个O原子与Ga N表面两个Ga原子成键的顺序也不同,在300℃和700℃时,Ti O2分子中O1先与基底的Ga2成键,O2后与基底表面的Ga3成键,在400℃、500℃、600℃下,Ti O2分子中的O2原子先与基底表面的Ga3成键,O1后基底表面的Ga2成键。温度影响薄膜生长速率,一般情况下温度越高,成键时间越早;温度也影响O-Ga键键长,一般情况下,温度越高,键长越短,吸附越稳定;温度还影响最终吸附方位;温度对扩散系数影响显着,低温扩散系数较小,高温扩散系数急剧升高。但不是温度越高,吸附越稳定,通过分析可知,Sr O和Ba O分子的最优生长温度是600℃,Ti O2分子的最优生长温度是500℃,与实验室中在Ga N(0001)表面生长吸附Ti O2最佳生长温度一致。
邱丽芬[4]2013年在《GaN缺陷表面及其对TiO_2吸附影响的理论研究》文中研究表明本文结合相关实验结果,分别构造了六方纤锌矿GaN含有[1120]和[1010]方向的线缺陷表面、台阶表面以及线缺陷表面吸附Ti02分子的模型。采用计算机模拟方法,用第一性原理模拟软件—Materials Studio,模拟计算了各种模型的总能量,并得到各缺陷表面及吸附表面的表面态密度、能带结构、表面能(吸附能)、电子密度图。首先,研究含不同方向线缺陷的Ga终止GaN(0001)和N终止GaN(0001)缺陷表面模型,并与相应干净表面进行比较。结果显示：两种缺陷对表层原子的影响较大,而对表层以下原子的影响相对较小,且[1120]方向的线缺陷对表面原子弛豫的影响要比[1010]方向的影响大。各面各层原子中平行于各自缺陷方向的一列原子弛豫情况相同。研究还发现,Ga终止和N终止表面线缺陷的存在分别使带隙宽度增加和降低。Ga终止表面[1120]方向线缺陷的产生,使表面价带与导带之间发生重迭,表面呈半金属性质,价带中的电子受到很小的扰动就能跃迁到导带,这在一定程度上增加了表面的导电性能。表面能随Ga化学势的变化图显示,含有缺陷的表面比干净表面要稳定,[1010]方向线缺陷的产生比[1120]方向线缺陷更有利于表面的稳定。N终止缺陷表面在富镓情况下较稳定,而Ga终止缺陷表面恰好在富氮条件下比较稳定。其次,模拟计算了含有[1120]方向和[1010]方向的Ga-N单层台阶缺陷表面,台阶高度为2.59A。最终结构显示,N终止[1120]方向台阶边缘N原子与相邻Ga原子之间的键断裂,与台阶下面的裸露N原子重新以强共价键结合。通过对表面能分析,Ga终止[1120]方向台阶表面是最稳定的结构,这与实验观察到的该方向的单层Ga-N台阶一致,台阶的产生使带隙宽度普遍降低。最后,研究了Ga终止GaN(0001)表面不同方向线缺陷对Ti02在其上吸附的影响。在本文研究的模型中,含有[1120]方向线缺陷,并且其中一个O原子位于Ga空位线缺陷处的模型最有利于Ti02的吸附,吸附能最小为-11.258eV。[1120]方向线缺陷对Ti02的吸附影响与TiO2的初始吸附位置有关。
佚名[5]2004年在《理论化学、计算与模拟化学》文中研究表明的GaN的（0001）表面吸附小分子的密度泛函研究
耶红刚[6]2011年在《AlN等半导体表面结构与电子性质的第一性原理研究》文中进行了进一步梳理氮化铝(AlN)是一种宽禁带半导体材料,具有禁带宽度大、电子迁移率高、硬度高、导热率高、耐高温、压电系数大、表面声速高、化学性质稳定等一系列优点。在深紫外发光及光电探测器件、高频大功率电子器件、恶劣环境下的谐振器、压力传感器、表面声波器及微机电系统等方面有广泛的潜在应用。特别是和GaN、InN组成的叁元或四元合金,其发光频谱覆盖了从红外到紫外的整个区域,是目前重要的半导体光电材料。表面研究是半导体材料研究的重要组成部分。表面对半导体材料的电学、光学、声学、热学性质以及化学稳定性都有重要影响。另外,表面结构研究对半导体材料的生长也能提供一定的指导。本文主要采用第一性原理计算的方法研究了AlN(0001)、(000(1|-))、(10(1|-)0)和(11(2|-)0)面的结构与电子性质,涉及到表面的弛豫与重构、表面缺陷的稳定性、氧和水分子在表面的吸附,部分研究内容也涉及到了GaN、InN和ZnO等半导体材料。整个工作侧重于对有关表面现象物理机理的分析。从静电学和电子结构两方面分析了纤锌矿结构(0001)和(000(1|-))面的稳定性,得出这两个面必须要发生一定的重构才能获得稳定。经计算,AlN(0001)面(2×2)重构的Al空位、N吸附,以及(000(1|-))面的Al吸附等满足电子计数规则的结构都比理想面稳定。O原子在AlN(0001)及(000(1|-))-Al面的吸附也能够极大地降低表面能,说明AlN表面容易被氧化。系统研究了水分子与AlN、GaN及ZnO(0001)面的相互作用。叁者总体上表现出一些共同特征:水分子在低覆盖度下(<1/2ML)为解离吸附(分解为OH和H,或O和2H)在高覆盖度下为分子吸附;单层吸附时的稳定结构是一种(2×1)重构。由于价电子数、价带顶位置及离子性强弱的不同,水分子在AlN和GaN表面比在ZnO表面更容易分解,而且吸附能也比在ZnO表面的大,在吸附结构上也存在一些细节上的区别。通过能量及电子结构计算对吸附机理进行了深入分析,发现分子吸附时水分子与表面之间的共价键以及水分子之间的氢键相互作用具有同等重要的地位;解离吸附情况下除了局域的共价键以外,吸附物与表面阳离子间存在很强的非局域静电相互作用。非极性(10(1|-)0)和(11(2|-)0)面本身满足电子计数规则,表面N原子的悬挂键在价带顶附近形成了一个被完全占据的表面态,Al原子的悬挂键在导带底附近形成了一个空的表面态,因此比较稳定。对表面弛豫进行了研究,发现整个Ⅲ-Ⅴ族化合物纤锌矿(10(1|-)0)面和闪锌矿(110)面弛豫后都会发生扭转,但是氮化物和其它Ⅲ-Ⅴ族化合物又有明显区别,基于价电子对排斥模型和原子电负性的大小对此做出了详细的解释。对表面缺陷进行了研究,发现了一种(10(1|-)0)面的平面缺陷结构,该结构比AlN理想(10(1|-)0)面更稳定,通过电子结构对原因进行了分析。该结构最大的特点就是能引起表面极化方向相反,预期亦会存在于AlN纳米线的侧面。最后研究了含氧AlN非极性面的结构与性质。发现有氧嵌入的AlN(10(1|-)0)面的稳定结构是V_(Al-)(ON)_3而GaN是2(O_N),并分析了原因。O原子在AlN两个非极性面的吸附比O_2更为稳定,是氧吸附的主要形式。(10(1|-)0)面的稳定吸附位在表面Al-N对的上方,(11(2|-)0)面的稳定吸附位在表面Al-N链之间。由于N-O键和Al-O键都具有键长短键能大的特点,O原子在AlN表面的扩散是很有限的。发生吸附以后,O和O_2的自旋极化消失,带隙中原来的表面态被与氧有关的表面态所替代。
参考文献：
[1]. GaN（0001）表面吸附小分子的密度泛函研究[D]. 吕乃霞. 福州大学. 2004
[2]. InN固体表面反应的密度泛函理论研究[D]. 王愉航. 福州大学. 2010
[3]. 温度对GaN（0001）表面生长吸附小分子SrO、BaO和Ti0_2影响的理论研究[D]. 周金君. 四川师范大学. 2015
[4]. GaN缺陷表面及其对TiO_2吸附影响的理论研究[D]. 邱丽芬. 四川师范大学. 2013
[5]. 理论化学、计算与模拟化学[C]. 佚名. 中国化学会第二十四届学术年会论文摘要集. 2004
[6]. AlN等半导体表面结构与电子性质的第一性原理研究[D]. 耶红刚. 西安交通大学. 2011