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纤锌矿InN半导体是人们关注的课题之一,本文利用基于密度泛函理论的第一原理总能计算方法,采用超原胞模型,分别用US-PP(Ustralsoft- pseudopotential)势和PAW(projector augmented-wave)势对InN的晶格常数进行了优化,优化表明用US-PP势计算的结果更接近实验值,优化得到了理论晶格常数a=3.5216(A°) ,c=5.701 (A°)。研究了InN(0001)面氧的吸附以及硫钝化后对氧吸附造成的影响。
首先研究了纯净表面氧、硫的吸附以及硫吸附后对InN(0001)表面氧吸附的影响,计算并比较了在不同氧、硫覆盖度下各种吸附结构的形成能。氧在InN表面的吸附,超原胞模型选取为2×2的六个InN双原子层为基底,在表面上分别考虑吸附1/4层、1/2层、3/4层和1层氧原子。对于InN(0001)面,一个氧原子吸附在2×2的H3位是最稳定的结构,但是与氧相比,硫在InN(001)表面上各个高对称位上的形成能相对较小,没有氧原子那么容易与表面的悬挂键成键而形成较强的化学键,这是因为硫的电负性没有氧原子的电负性强所致。经过硫吸附后,氧在表面的形成能较小,最稳定的位置是硫在T4位,和氧直接在清洁InN表面吸附的稳定位置的形成能相比低很多,说明硫的掺入很大程度的抑制了氧的吸附,很好的起到保护表面的作用,这与相关实验结果相一致的。
进一步研究了硫钝化InN(0001)表面的稳定结构。超原胞模型选取为2×1的六个InN双原子层为基底,真空层为14.3 (A°)。选取了多种结构进行优化,通过比较吸附体系的总能,我们得到能量最低的是表面覆盖整个单层S的同时一个S原子替代第二层的N原子,即SInS结构时,结构最稳定。这主要是由于S原子发生扩散替代了第二层的N原子从而降低了形成能,这一结果与相关的实验相吻合。我们又计算了结构中S原子与表面的In原子互换的形成能,进一步探讨了In-S键是否很好的在表面成键,计算结果与交换前相比能量增加,更好的说明由于第二层替代的S原子发生扩散从而降低了形成能。