Si（001）表面In吸附及單臺階對In量子線生長影響的第一原理研究.pdf

1、Ⅲ族金屬元素Al、Ga和In在Si表面的吸附在基礎(chǔ)研究和技術(shù)應(yīng)用中有廣闊的前景，目前實(shí)驗(yàn)和理論研究都非常關(guān)注。本文用第一原理理論研究了金屬In在Si(001)表面的吸附以及單臺階Si(001)表面上In量子線的生長。 首先研究了In在Si(001)表面的吸附。計(jì)算中所取的超原胞模型如下：用12個Si原子層模擬基底，在基底兩邊各吸附0.5個單層的In原子，同時包含相當(dāng)于9個原子層厚度的真空層，模型具有鏡面對稱性。原胞表面大小為√8

2、×√8(單位為表面晶格常數(shù)a=3.84(A))，且與二聚體化學(xué)鍵方向成45°角。對In原子吸附以后的表面結(jié)構(gòu)、In原子對Si襯底的作用及缺陷對In量子線生長的影響、In原子是否會向襯底擴(kuò)散并與Si原子發(fā)生交換等問題進(jìn)行了詳細(xì)的討論。我們發(fā)現(xiàn)，In原子在Si(001)二聚體表面的吸附形成平行二聚體模型，也就是吸附In原子形成的二聚體與襯底Si二聚體有相同的化學(xué)鍵取向；In原子的吸附不會對Si(001)襯底造成影響；如果襯底存在缺陷，如有一

3、個二聚體空位，In量子線的生長將會在缺陷處發(fā)生中斷，形成不連續(xù)的量子線。研究還表明In原子在Si(001)表面形成二聚體比其擴(kuò)散到襯底中與Si原子發(fā)生交換具有更穩(wěn)定的能量，因此，在平衡條件下，In原子不會與Si原子發(fā)生交換。本文研究的另一個重點(diǎn)是平坦的和單臺階的Si(001)表面上In量子線的生長。首先對In量子線在平坦Si(001)表面生長進(jìn)行研究。結(jié)果表明，在低覆蓋率時，In原子在Si(001)襯底上形成有序量子線陣列，量子線取向平