O、S在InN（0001）面上吸附第一性原理研究.pdf

1、纖鋅礦InN半導(dǎo)體是人們關(guān)注的課題之一,本文利用基于密度泛函理論的第一原理總能計(jì)算方法,采用超原胞模型,分別用US-PP(Ustralsoft- pseudopotential)勢(shì)和PAW(projector augmented-wave)勢(shì)對(duì)InN的晶格常數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化表明用US-PP勢(shì)計(jì)算的結(jié)果更接近實(shí)驗(yàn)值,優(yōu)化得到了理論晶格常數(shù)a=3.5216(A°) ,c=5.701 (A°)。研究了InN(0001)面氧的吸附以及硫鈍化后

2、對(duì)氧吸附造成的影響。 首先研究了純凈表面氧、硫的吸附以及硫吸附后對(duì)InN(0001)表面氧吸附的影響,計(jì)算并比較了在不同氧、硫覆蓋度下各種吸附結(jié)構(gòu)的形成能。氧在InN表面的吸附,超原胞模型選取為2×2的六個(gè)InN雙原子層為基底,在表面上分別考慮吸附1/4層、1/2層、3/4層和1層氧原子。對(duì)于InN(0001)面,一個(gè)氧原子吸附在2×2的H3位是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),但是與氧相比,硫在InN(001)表面上各個(gè)高對(duì)稱位上的形成能相對(duì)較小

3、,沒(méi)有氧原子那么容易與表面的懸掛鍵成鍵而形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵,這是因?yàn)榱虻碾娯?fù)性沒(méi)有氧原子的電負(fù)性強(qiáng)所致。經(jīng)過(guò)硫吸附后,氧在表面的形成能較小,最穩(wěn)定的位置是硫在T4位,和氧直接在清潔InN表面吸附的穩(wěn)定位置的形成能相比低很多,說(shuō)明硫的摻入很大程度的抑制了氧的吸附,很好的起到保護(hù)表面的作用,這與相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致的。 進(jìn)一步研究了硫鈍化InN(0001)表面的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。超原胞模型選取為2×1的六個(gè)InN雙原子層為基底,真空層為14.3

4、 (A°)。選取了多種結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,通過(guò)比較吸附體系的總能,我們得到能量最低的是表面覆蓋整個(gè)單層S的同時(shí)一個(gè)S原子替代第二層的N原子,即SInS結(jié)構(gòu)時(shí),結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。這主要是由于S原子發(fā)生擴(kuò)散替代了第二層的N原子從而降低了形成能,這一結(jié)果與相關(guān)的實(shí)驗(yàn)相吻合。我們又計(jì)算了結(jié)構(gòu)中S原子與表面的In原子互換的形成能,進(jìn)一步探討了In-S鍵是否很好的在表面成鍵,計(jì)算結(jié)果與交換前相比能量增加,更好的說(shuō)明由于第二層替代的S原子發(fā)生擴(kuò)散從而降低了形成能