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在现代集成电路的制造工艺中,器件的性能经常受到材料表面特性的影响,因此在器件的制作工艺中会对材料的表面进行一些处理,主要通过吸附外来原子与衬底发生所用,以便得到优良的光学、电学以及磁学等方面的性能。目前,固体的表面吸附受到了很大的关注。
本文基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了Ⅲ-Ⅴ半导体InAs、GaP和GaAs表面的钝化和催化性能。主要结论如下:
1.0.5ML硫分别吸附在In和As截止的InAs(001)-(2×1)表面,吸附能的计算表明最稳定结构为As截止表面的取代吸附位置。电子能带分析表明吸附硫后费米能级附近的电子态明显减少了,具有一定的钝化效果。为确定缺失的S-S二聚体结构,我们还计算了InAs(001)-(2×6)S的结构,结果表明这种缺失的S-S二聚体正是(2×6)结构,而且硫吸附后的InAs(001)表面形成了电荷积累层,增强了能带向下弯曲的程度,与实验吻合得较好。
2.硫族原子(S、Se)吸附在GaP(001)面的稳定结构均为3B,即硫族原子与第二层的两个Ga原子成键并取代第三层的一个P原子,这与GaAs(001)表面的硫钝化情况类似。电子结构计算表明,钝化后稳定的表面禁带中没有电子态,相应的带隙也较清洁表面展宽了。
3.InAs(111)面吸附0.25 ML的硫原子后,吸附能计算表明硫原子吸附在InAs(111)A-(2×2)表面的A1点(第二层In原子的顶位)。另外,吸附硫后表面的电荷积累较清洁表面更多了。0.25ML的Cs分别吸附在InAs(111)A和InAs(111)B面,稳定的吸附位置都位于A2点(As原子三聚体的中心位置),吸附后A面的电荷累积增加了,与实验较好相符。
4.Pd吸附在清洁的GaAs(001)表面和钝化后的GaAs(001)表面的稳定吸附位置均为HH3。电子态密度分析表明,Pd原子和钝化后的衬底间的强烈相互作用使得费米能级以上出现了许多新的电子态,增强了化学反应中电子的转移能力。