2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、Ⅲ主族金屬元素(如Al,Ga和In)在Si表面的吸附長期以來一直受到眾多理論和實驗研究者的關(guān)注,最近,Ⅲ族最重的元素鉈(T1)在Si(111)面吸附的獨特性質(zhì)引起了人們的極大興趣。通過低能電子衍射(LEED),Visikovskiy等人發(fā)現(xiàn)T1吸附在Si(111)表面時,由于外加直流電壓極性的轉(zhuǎn)換,表面結(jié)構(gòu)在(1×1)和(()3×()3)之間存在可逆的結(jié)構(gòu)改變,這種結(jié)構(gòu)改變是由T1原子的表面電遷移(SE)引起的。另外,他們發(fā)現(xiàn)In在Si

2、(111)面電遷移后形成具有(4×1)結(jié)構(gòu)的表面硅化物,不具有可逆性;Tl在Ge(111)面電遷移后形成具有(3×1)結(jié)構(gòu)的表面鍺化物,也不具有可逆性。截至目前,可逆的表面電遷移是T1在Si(111)面所特有的。T1在Si(111)面獨特的電學(xué)性質(zhì)的機(jī)理還不清晰,并且這種特性可能具有潛在應(yīng)用價值,因此有必要對其進(jìn)行深入的研究。 本文利用基于密度泛函理論的第一原理總能計算方法,采用超原胞模型,分別對體材料Si及T1和In在Si(1

3、11)面的吸附特性進(jìn)行了理論研究。 首先,研究了體材料Si。分別用US-PP(Ultrasoft-Pseudopotentials)勢和PAW(ProjectorAugmented-Wave)勢對硅的品格常數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化結(jié)果表明用US-PP勢計算的結(jié)果更接近實驗值,并且用時較少。優(yōu)化得到硅的理論品格常數(shù)為5.391A,分析了體材料硅的總態(tài)密度和分波態(tài)密度。 其次,研究了In原子在Si(111)表面的吸附。計算在不同T

4、1覆蓋度下各種吸附結(jié)構(gòu)的吸附能。si(111)表面用超原胞模型模擬,襯底選取10層Si原子,真空層厚度為15 A。對(2×2)和(()3×()3)R30°兩種超原胞,布里淵區(qū)分別用(4×4×1)和(7×7×1)個K點進(jìn)行積分。由計算結(jié)果可知:In原子吸附在Si(111)-(2×2)表面的H3位是較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),In-Si鍵長約為2.73A,In原子處于Si(111)表面上方約1.63A處,這與STM測得的1.5±0.2A的值符合得很好,覆

5、蓋度在1/4 ML和1 ML之間每個In原子吸附能變化為1.03eV。電子態(tài)密度顯示:In的吸附對Si(111)表面的電子分布產(chǎn)生較大的影響,出現(xiàn)了三個表面態(tài),一個未占據(jù)表面態(tài),一個穿過費米能級,還有一個為占據(jù)表面態(tài),表面表現(xiàn)出很強(qiáng)的金屬性。由差分電荷密度可看出,In吸附Si表面后,電子云重新分布,In原子電荷發(fā)生極化,In原子正負(fù)電荷重心不再重合,In原子實際成為一個偶極子,表面形成較強(qiáng)的In-Si極性共價鍵。 進(jìn)一步研究了T

6、1原子在Si(111)表面的吸附。覆蓋度從1/3ML到1 ML每個T1原子吸附能變化為0.52eV,這比In原子吸附能變化小了約0.51eV,也就是說,相同條件下,T1在Si(111)面上比In在Si(111)面時,結(jié)構(gòu)更易發(fā)生改變。在考慮的構(gòu)型中,最穩(wěn)定的是T1吸附在si(111)(()3×()3)R30°表面的T4位,其吸附能比In在Si(111)-(2×2)表面的高約0.48eV/adatom。覆蓋度從1/3ML到1ML,T1原子

7、吸附能變化比In原子的小了約0.51eV,Tl比In在Si(111)面吸附時,結(jié)構(gòu)更易改變。T1-Si鍵長和T1原子距離第二層Si原子的垂直高度分別為2.90A和2.79A,與In/Si體系相比分別長約0.17A和0.48A。T1原子在Si表面吸附后,電子云重新分布使T1原子也成為一個偶極子,差分電荷密度圖顯示T1比In極化程度更大,前者具有更大的電偶極矩,在相同外加電場作用下,更易移動。另外,T1-Si間增加的電荷密度要比In-Si間

8、的小約0.077e/A3,可見Tl-Si結(jié)合比In-Si要弱。這些都解釋了實驗上T1在Si(111)吸附是容易發(fā)生結(jié)構(gòu)改變,其表面的電遷移是可逆的,而In在Si(111)表面的電遷移卻是不可逆的。 T1原子比A1、Ga和In原子半徑大很多,在Si(111)面吸附時其吸附高度大,T1-Si結(jié)合較弱,T1形成的電偶極子的電偶極矩較大,導(dǎo)致T1在Si(111)面吸附時容易因溫度,電場等原因而發(fā)生結(jié)構(gòu)改變,并且一定條件下該過程具有可逆

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