ptsisi界面的摻雜效應(yīng)及氧化物生長中si表面電子作用的理論研究

1、目錄目 錄中文摘要?????????????????????????????·1英文摘要?????????????????????????????·5第一章 引言??????????????????????????·1 01 ．1 金屬半導(dǎo)體接觸結(jié)在電子器件中的廣泛應(yīng)用???????????··1 01 ．2 金屬半導(dǎo)體結(jié)中肖特基勢壘高度的調(diào)制問題???????????．·1

2、21 ．3 硅基底上氧化物薄膜生長在電子器件中的應(yīng)用??????????．·1 61 ．4 硅基底上生長氧化物薄膜的困難????????????????一1 9參考文獻(xiàn)?????????????????????????????2 5第二章 理論基礎(chǔ)????????????????????????·3 22 ．1 密度泛函理論????????????????????????．·3 22 ．1 ．1 絕熱近似?

3、???????????????????????3 22 ．1 ．2 H o h e n b e r g —K o h n 定理?????????????????????????3 42 ．1 ．3 L D A 近似???????????????????????????????·3 52 ．1 ．4 G G A 近似???????????????????????????????·3 62 ．2 布洛赫定理???????

4、??????????????????·3 82 ．3 贗勢方法??????????????????????????·4 02 ．3 ．1 模守恒贗勢????????????????????????4 12 ．3 ．2 超軟贗勢?????????????????????????4 32 ．4 電子馳豫和離子馳豫?????????????????????．·4 42 ．4 ．1 電子馳豫????????????

5、??????????????4 42 ．4 ．2 離子馳豫??????????????????????????4 52 ．5 S u p e r c e l l 模型????????????????????????·4 7參考文獻(xiàn)?????????????????????????????4 9中文摘要摘 要硅有著豐富的資源和完美的性質(zhì)，科學(xué)家預(yù)言未來幾十年內(nèi)硅工藝依然在電子工業(yè)中占據(jù)著主導(dǎo)地位。因此，目前電子器件發(fā)展以硅器件為

6、主有兩個重點方向：一個是利用新材料，如金屬一半導(dǎo)體結(jié)等，對傳統(tǒng)半導(dǎo)體P N 結(jié)進(jìn)行替代，從而實現(xiàn)器件小型化；另一個是在硅基底上合成新材料，如鐵電性的氧化物薄膜等，從而實現(xiàn)器件多功能化。本文利用第一性原理方法對以上兩個方向上的問題分別進(jìn)行了深入的研究，解釋了相關(guān)的實驗現(xiàn)象。在第一章介紹了本文兩個工作的起因和第二章講述了所涉及的理論框架之后，我們在第三章研究了P t S i ／S i 界面處摻雜引起的肖特基勢壘調(diào)制效應(yīng)，提出了摻雜和肖特基勢

7、壘變化的內(nèi)在關(guān)系。在第四章，我們關(guān)注硅表面復(fù)雜氧化物晶體薄膜的生長問題，揭示了硅表面懸掛鍵電子在特殊條件下所表現(xiàn)出的關(guān)閉氧化通道的作用。金屬一半導(dǎo)體結(jié)由于存在很大的肖特基勢壘而需要一定手段調(diào)制后才能達(dá)到應(yīng)用要求。其中，P t S i ( 0 1 0 ) ／S i ( 0 0 1 ) 金屬一半導(dǎo)體結(jié)因具有較小P 型勢壘而被廣泛研究。實驗上發(fā)現(xiàn)在該結(jié)的界面處重?fù)诫s各類元素可以有效調(diào)制勢壘高度，但是實驗中的摻雜范圍很大( 約2 0 r i m

8、 ) ，使得很難利用第一性原理進(jìn)一步模擬和分析。而且在前人的第一性原理計算中，由于該界面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，而不考慮界面結(jié)構(gòu)地進(jìn)行模擬計算，這違背了鍵極化理論提出的界面結(jié)構(gòu)影響肖特基勢壘的觀點。因此，P t S i ／S i 界面的摻雜效應(yīng)一直缺乏細(xì)致可靠的第一性原理研究。第一個工作中，我們首先研究了P t S i 的體性質(zhì)以及在硅襯底下應(yīng)變后的性質(zhì)，從電子態(tài)發(fā)現(xiàn)P t S i 的弱金屬性在應(yīng)變后沒有太大的改變。在分析了P t S i 體結(jié)構(gòu)