Si表面吸附及Si摻雜缺陷GaN磁性的研究.pdf

1、硅作為最重要的半導體材料，其表面結構及其外延生長一直是人們關注的研究課題。由于Au/Si界面在電子器件和表面催化方面的廣泛應用，深入了解其微觀結構與特性具有重要的意義。本文采用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理計算方法，對Si各種表面結構進行了搭建和重構計算，并對Au在Si(100)p(2×2)表面上的吸附結構，電子性質以及Si對GaN的d0磁性的影響進行了研究，其主要結論如下：
　　 首先，研究了Si(100)表面p(2×

2、1)、p(2×2)和c(4×2)三種常見重構的結構的不同結構，即是p(2×1)在表面兩種不同的平行排列方式。計算不同重構Si(100)表面結構中不對稱(duckled)二聚體(dimer)能量，不對稱二聚體p(2×1)和這兩種交替排列的不對稱二聚體結構的相互轉化需要能量的下降而轉變?yōu)榱硪环N排列順序，p(2×2)和c(4×2)兩種重構結構中每個dimer之間的能量差很小，僅為4meV。對Si(100)p(2×2)表面進行電荷密度分析，結果

3、表明Si(100)p(2×2)表面不對稱二聚體中兩個原子化學性質不同，Si-down原子中的電子轉移到Si-up原子中，從而Si-up原子是少電子態(tài)，而Si-down原子是多電子態(tài)。
　　 其次，對單個Au原子在Si(100)p(2×2)表面上的吸附進行了研究，發(fā)現(xiàn)Au吸附在兩個相鄰平行dimer行之間溝槽的位置上是最穩(wěn)定結構；對該結構的電子結構與電子性質的研究，發(fā)現(xiàn)Au原子的吸附飽和了表面懸掛鍵，而Au原子與表面硅原子形成具有

4、部分離子鍵特性的共價鍵；另外，發(fā)現(xiàn)清潔Si表面能帶結構中存在的兩條能帶，由于Au原子的吸附，在Au吸附Si(100)p(2×2)表面的能帶結構中消失，Au原子飽和了Si(100)表面上一部分的懸掛鍵，使得整個體系中的帶隙減小。而對Au。團簇在Si(100)p(2×2)表面上的吸附研究，發(fā)現(xiàn)吸附較佳的位置是在Si(100)p(2×2)表面溝槽處，Au3團簇中的一對Au鍵斷裂，形成折線型Au鏈，其它兩個Au-Au鍵的鍵長縮短；Au原子的增加

5、使得整個體系中的能帶間隙近一步減小。對在Au/Si(100)p(2×2)表面上吸附Cd和S的計算結果表明，S原子更易吸附在Au/Si(100)p(2×2)表面上。
　　 最后，利用第一性原理局域自旋密度近似方法對Si參雜GaN的d0鐵磁性進行了研究。研究表明Ga空位缺陷會產生3μB的磁矩，而Si摻雜后對GaN d0鐵磁性的影響明顯；Si摻雜后缺陷誘導的GaN磁矩發(fā)生淬滅，磁矩減小到2μB，隨Si含量的增加磁矩進一步減少。這一理論