基于第一性原理的非晶硅建模仿真研究.pdf

1、非晶硅在半導(dǎo)體材料中一直以來都扮演著重要的角色。人們投入了的大量工作研究純非晶硅的性質(zhì)。隨后的研究工作集中在有更為穩(wěn)定的材料結(jié)構(gòu)的氫化非晶硅上。新的材料在帶來創(chuàng)新的同時，同樣也帶來了新的挑戰(zhàn)。非晶硅之于晶體硅最重要的優(yōu)勢就是其生產(chǎn)技術(shù)。通過PECVD等制造工藝，可以沉積出大面積的均勻氫化非晶硅膜。盡管以氫化非晶硅為基礎(chǔ)的器件已得到廣泛應(yīng)用，但是對其物理性質(zhì)仍然缺乏深入的研究?；诘谝恍栽斫Ｓ嬎愀嗟膽?yīng)用在規(guī)則晶體的研究中，對于非晶態(tài)

2、連續(xù)隨機網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的工作相對較少。本文基于第一性原理對非晶硅的建模方式進行研究分析。
　　首先介紹了非晶硅薄膜的制備手段以及實驗室的制備條件，并簡單介紹了用于與模型的各項計算數(shù)據(jù)對比的實驗數(shù)據(jù)的測試方法和儀器。
　　以第一性原理為基礎(chǔ)，利用“液相冷卻”的方法建立包含64個硅原子和8個H原子的非晶硅結(jié)構(gòu)模型。在建模的過程中引入了三種不同的冷卻溫度。隨后通過比較結(jié)構(gòu)因子、徑向分布函數(shù)以及鍵角分布和另外的一些結(jié)構(gòu)特點，探討三種冷卻速

3、率對于模型的影響。得出慢速冷卻的模型對于非晶硅的結(jié)構(gòu)有著相對良好的還原。為了驗證模型的大小對于仿真結(jié)果的影響，建立一個含有216個硅原子和24個氫原子的大型模型，并與小型模型印證，得出的建模方式是可以正確的反映非晶硅的結(jié)構(gòu)特點。
　　為了研究模型對于非晶硅光學(xué)性質(zhì)的模擬，隨后運用慢冷卻速率建立了五個小型模型和一個大型模型，以及之前建立的快速/普通冷卻速率的非晶硅模型，進行了光學(xué)性質(zhì)的運算：吸收光譜、傅里葉紅外譜、折射率和消光系數(shù)。