3C-SiC（111）和6H-SiC（0001）表面再構(gòu)的原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的理論研究.pdf

1、在本論文中，我們用第一性原理密度泛函理論研究了3C-SiC(¨1)表面和6H-SiC(0001)表面的(3×3)再構(gòu)和(2√3×2√3)R30。再構(gòu)的原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。針對(3×3)再構(gòu)，我們提出了一個(gè)新的結(jié)構(gòu)模型(fluctuant-trimer模型)。這個(gè)模型比之前的Starke模型更符合x射線衍射實(shí)驗(yàn)的Patterson圖、光電子譜和反光電子譜實(shí)驗(yàn)、電子能量損失譜實(shí)驗(yàn)和掃描隧道顯微鏡(STM)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。接下來，我們分別針對最近

2、在實(shí)驗(yàn)上新發(fā)現(xiàn)的島狀3C-SiC(¨1)表面和6H-SiC(0001)表面上出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)不同的(2√3×2√3)R30。再構(gòu)提出了兩個(gè)Si原子覆蓋度不同的結(jié)構(gòu)模型(double-trimer模型和single-trimer模型)。我們模擬的這兩個(gè)模型的STM圖像與實(shí)驗(yàn)中觀察到的STM圖像吻合得很好，而且這兩個(gè)模型在能量上也比之前提出的DV模型和Tri-Ad模型更穩(wěn)定。 在論文的第一章中，首先我們?nèi)娴亟榻B了SiC材料的力學(xué)、化學(xué)和

3、電子學(xué)性質(zhì)以及與這些性質(zhì)相關(guān)的應(yīng)用前景并簡要地介紹了SiC材料的幾種制各方法。接下來介紹了SiC體材料的原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。最后，我們系統(tǒng)地回顧了SiC表面各種再構(gòu)的原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀，其中包括Si端SiC(¨1)面和SiC(0001)面上的(√3×√3)R30。、(3×3)和(2√3×2√3)R30。再構(gòu)、c端SiC(001)表面(2×2)再構(gòu)以及Si端SiC(001)表面的(2×1)、c(4×2)和c(3×2)再構(gòu)等。

4、 論文的第二章簡要敘述了密度泛函理論及其相關(guān)理論，包括絕熱近似、密度泛函理論、布洛赫定理、交換關(guān)聯(lián)能的LDA、GGA近似。然后簡述了能帶計(jì)算中用到的贗勢方法、電子和離子馳豫的計(jì)算過程和處理表面的超原胞方法。 在論文的第三章中，針對3C-SiC(111)表面和6H-SiC(0001)表面的(3×3)再構(gòu)，我們提出了一個(gè)新的結(jié)構(gòu)模型(fluctuant-trimer模型)。在這個(gè)模型中，在Si端襯底上每個(gè)(3×3)單元包含一個(gè)無

5、缺陷的Si原子吸附層和其上的在高度上相差約0．4和0．5A的三聚物Si原子。我們根據(jù)這個(gè)模型的表面原子結(jié)構(gòu)和電荷分布做出的Patterson圖與x射線衍射實(shí)驗(yàn)的Patterson圖完全吻合。電子結(jié)構(gòu)計(jì)算表明在flucmant-trimer模型的表面存在四個(gè)表面態(tài)能級，這與光電子譜和反光電子譜以及電子能量損失譜實(shí)驗(yàn)所測得的結(jié)果一致。模擬的flucmant-trimer模型的表面的STM圖像也與以往實(shí)驗(yàn)中觀察到STM圖像基本吻合?？傊?，在目

6、前(3×3)再構(gòu)的所有的結(jié)構(gòu)模型中，我們提出的fluctuant-trimer模型與眾多的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合的最好。 在論文的第四章中，我們分別針對島狀3C-SiC(¨1)表面和6H-SiC(O001)表面上出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)不同的(2√3×2√3)R30。再構(gòu)提出了兩個(gè)si原子覆蓋度不同的結(jié)構(gòu)模型(double-trimer模型和single-trimer模型)。在double-trimer模型中，在SiC襯底的si端上每個(gè)(2√3×2√3

7、)單元包含一個(gè)無缺陷的si原子吸附層和其上的兩個(gè)不等高的Si原子三聚物，共18個(gè)吸附Si原子。另外，分屬不同三聚物的臨近的Si原子形成了Si原子二聚物。Double-trimer模型的吸附Si原子的覆蓋度高于(3×3)再構(gòu)，這與實(shí)驗(yàn)觀察到的結(jié)果一致。模擬的double-trimer模型表面的STM圖像與實(shí)驗(yàn)觀察到的STM圖像非常吻合。計(jì)算的電子結(jié)構(gòu)表明double-trimer模型表面二聚物Si原子上的懸掛鍵形成了π鍵并在體能隙里誘導(dǎo)出

8、了兩個(gè)子能帶。在single-trimer模型中，在SiC襯底的si端上每個(gè)(2√3×2√3)單元包含一個(gè)無缺陷的si原子吸附層和其上的一個(gè)Si原子三聚物，共15個(gè)吸附Si原子。其吸附Si原子的覆蓋度低于(3×3)再構(gòu)，這也與實(shí)驗(yàn)觀察到的結(jié)果一致。模擬的single-trimer模型表面的STM圖像以及(2√3×2√3)再構(gòu)和(3×3)再構(gòu)共存表面的STM圖像都與實(shí)驗(yàn)中的STM圖像吻合。計(jì)算的電子結(jié)構(gòu)表明single-trimer模型的