O、S在InN（0001）面上吸附第一性原理研究.pdf

1、纖鋅礦InN半導體是人們關注的課題之一,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,分別用US-PP(Ustralsoft- pseudopotential)勢和PAW(projector augmented-wave)勢對InN的晶格常數進行了優(yōu)化,優(yōu)化表明用US-PP勢計算的結果更接近實驗值,優(yōu)化得到了理論晶格常數a=3.5216(A°) ,c=5.701 (A°)。研究了InN(0001)面氧的吸附以及硫鈍化后

2、對氧吸附造成的影響。 首先研究了純凈表面氧、硫的吸附以及硫吸附后對InN(0001)表面氧吸附的影響,計算并比較了在不同氧、硫覆蓋度下各種吸附結構的形成能。氧在InN表面的吸附,超原胞模型選取為2×2的六個InN雙原子層為基底,在表面上分別考慮吸附1/4層、1/2層、3/4層和1層氧原子。對于InN(0001)面,一個氧原子吸附在2×2的H3位是最穩(wěn)定的結構,但是與氧相比,硫在InN(001)表面上各個高對稱位上的形成能相對較小

3、,沒有氧原子那么容易與表面的懸掛鍵成鍵而形成較強的化學鍵,這是因為硫的電負性沒有氧原子的電負性強所致。經過硫吸附后,氧在表面的形成能較小,最穩(wěn)定的位置是硫在T4位,和氧直接在清潔InN表面吸附的穩(wěn)定位置的形成能相比低很多,說明硫的摻入很大程度的抑制了氧的吸附,很好的起到保護表面的作用,這與相關實驗結果相一致的。 進一步研究了硫鈍化InN(0001)表面的穩(wěn)定結構。超原胞模型選取為2×1的六個InN雙原子層為基底,真空層為14.3

4、 (A°)。選取了多種結構進行優(yōu)化,通過比較吸附體系的總能,我們得到能量最低的是表面覆蓋整個單層S的同時一個S原子替代第二層的N原子,即SInS結構時,結構最穩(wěn)定。這主要是由于S原子發(fā)生擴散替代了第二層的N原子從而降低了形成能,這一結果與相關的實驗相吻合。我們又計算了結構中S原子與表面的In原子互換的形成能,進一步探討了In-S鍵是否很好的在表面成鍵,計算結果與交換前相比能量增加,更好的說明由于第二層替代的S原子發(fā)生擴散從而降低了形成能