3C-SiC（111）和6H-SiC（0001）表面再構的原子結構和電子結構的理論研究.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)再構和(2√3×2√3)R30。再構的原子結構和電子結構。針對(3×3)再構，我們提出了一個新的結構模型(fluctuant-trimer模型)。這個模型比之前的Starke模型更符合x射線衍射實驗的Patterson圖、光電子譜和反光電子譜實驗、電子能量損失譜實驗和掃描隧道顯微鏡(STM)實驗的結果。接下來，我們分別針對最近

2、在實驗上新發(fā)現(xiàn)的島狀3C-SiC(¨1)表面和6H-SiC(0001)表面上出現(xiàn)的結構不同的(2√3×2√3)R30。再構提出了兩個Si原子覆蓋度不同的結構模型(double-trimer模型和single-trimer模型)。我們模擬的這兩個模型的STM圖像與實驗中觀察到的STM圖像吻合得很好，而且這兩個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、化學和

3、電子學性質以及與這些性質相關的應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體材料的原子結構和電子結構。最后，我們系統(tǒng)地回顧了SiC表面各種再構的原子結構和電子結構的研究現(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、c端SiC(001)表面(2×2)再構以及Si端SiC(001)表面的(2×1)、c(4×2)和c(3×2)再構等。

4、 論文的第二章簡要敘述了密度泛函理論及其相關理論，包括絕熱近似、密度泛函理論、布洛赫定理、交換關聯(lián)能的LDA、GGA近似。然后簡述了能帶計算中用到的贗勢方法、電子和離子馳豫的計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，我們提出了一個新的結構模型(fluctuant-trimer模型)。在這個模型中，在Si端襯底上每個(3×3)單元包含一個無

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)這個模型的表面原子結構和電荷分布做出的Patterson圖與x射線衍射實驗的Patterson圖完全吻合。電子結構計算表明在flucmant-trimer模型的表面存在四個表面態(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驗所測得的結果一致。模擬的flucmant-trimer模型的表面的STM圖像也與以往實驗中觀察到STM圖像基本吻合。總之，在目

6、前(3×3)再構的所有的結構模型中，我們提出的fluctuant-trimer模型與眾多的實驗結果吻合的最好。 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)的結構不同的(2√3×2√3)R30。再構提出了兩個si原子覆蓋度不同的結構模型(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(2√3×2√3

7、)單元包含一個無缺陷的si原子吸附層和其上的兩個不等高的Si原子三聚物，共18個吸附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，這與實驗觀察到的結果一致。模擬的double-trimer模型表面的STM圖像與實驗觀察到的STM圖像非常吻合。計算的電子結構表明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出

8、了兩個子能帶。在single-trimer模型中，在SiC襯底的si端上每個(2√3×2√3)單元包含一個無缺陷的si原子吸附層和其上的一個Si原子三聚物，共15個吸附Si原子。其吸附Si原子的覆蓋度低于(3×3)再構，這也與實驗觀察到的結果一致。模擬的single-trimer模型表面的STM圖像以及(2√3×2√3)再構和(3×3)再構共存表面的STM圖像都與實驗中的STM圖像吻合。計算的電子結構表明single-trimer模型的