InN材料在In(0001)極性面的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué).pdf

1、InN具有較小的有效電子質(zhì)量、較高的飽和電子漂移速度與電子遷移率等性質(zhì)，使得其有望制備超高速、超高頻電子器件以及高效太陽(yáng)能電池。然而，InN的低分解溫度和高熔點(diǎn)蒸汽壓、生長(zhǎng)過(guò)程中團(tuán)簇效應(yīng)等問(wèn)題，導(dǎo)致制備高質(zhì)量材料的困難。針對(duì)該問(wèn)題，本文從第一性原理出發(fā)，模擬計(jì)算了InN的In極性面上動(dòng)力學(xué)生長(zhǎng)過(guò)程;提出了新的MOVPE生長(zhǎng)方法，通過(guò)相關(guān)表征證實(shí)了該方法的有效性。主要成果如下:
　　首先，計(jì)算了不同覆蓋度的N和In吸附原子在干凈In

2、極性面不同位置吸附的總能和形成能，結(jié)果表明，N原子傾向于以單原子的形式吸附于t4位;而In原子在高覆蓋度下會(huì)優(yōu)先在t4位吸附、沉積、成核。N和In吸附原子在In極性面擴(kuò)散勢(shì)壘的計(jì)算結(jié)果表明，不同于N原子，In原子在不同位置間能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)勢(shì)壘擴(kuò)散。In原子的這種獨(dú)有特性，使其更容易在表面形成雙In原子層結(jié)構(gòu)。
　　其次，模擬了雙In和三In原子層表面上N原子動(dòng)力學(xué)過(guò)程，結(jié)果顯示，在雙In原子層上，N原子將通過(guò)垂直擴(kuò)散穿過(guò)頂部In原子層

3、，并在兩表面In原子層之間橫向擴(kuò)散，形成纖鋅礦結(jié)構(gòu)InN;而在三In原子層或In滴上，N原子僅能垂直擴(kuò)散穿過(guò)頂部In原子層，形成新的InN分子層，與InN基底間存在雙In原子層或更厚的In薄膜，難于形成完整的纖鋅礦結(jié)構(gòu)InN。
　　最后，采用MOVPE外延技術(shù)，通過(guò)控制通入TMIn時(shí)間，掌握了形成雙In原子層的工藝條件。表征通以33、16、8以及4s的TMIn的樣品結(jié)果表明，當(dāng)通以33s的TMIn的樣品表面呈現(xiàn)許多由單質(zhì)In堆積而