温度对GaN(0001)表面生长吸附小分子SrO、BaO和TiO2影响的理论研究

来源 :四川师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lb19900527
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采用基于第一性原理的从头计算分子动力学方法,模拟了在300℃、400℃、500℃、600℃、700℃五种温度下SrO,BaO,TiO2三种小分子在GaN(0001)表面吸附的动力学过程,分别计算分析了过程与系统能量、动力学轨迹、Mulliken布居分析、表面成键电子密度分布ELF以及扩散系数五种性质。  研究结果表明三种小分子的吸附过程都经历了物理吸附、化学吸附与稳定吸附态形成的三个阶段,但是温度对不同吸附体系的影响也有差异,温度不同,SrO分子中的O原子与GaN基底成键的Ga原子不同,300℃时SrO分子中的O原子与基底表面的Ga2原子成键,在其它温度下,SrO分子中的O原子与基底表面的Ga1原子成键。温度不同,TiO2分子中两个O原子与GaN表面两个Ga原子成键的顺序也不同,在300℃和700℃时,TiO2分子中O1先与基底的Ga2成键,O2后与基底表面的Ga3成键,在400℃、500℃、600℃下,TiO2分子中的O2原子先与基底表面的Ga3成键,O1后基底表面的Ga2成键。温度影响薄膜生长速率,一般情况下温度越高,成键时间越早;温度也影响O-Ga键键长,一般情况下,温度越高,键长越短,吸附越稳定;温度还影响最终吸附方位;温度对扩散系数影响显著,低温扩散系数较小,高温扩散系数急剧升高。但不是温度越高,吸附越稳定,通过分析可知,SrO和BaO分子的最优生长温度是600℃,TiO2分子的最优生长温度是500℃,与实验室中在GaN(0001)表面生长吸附TiO2最佳生长温度一致。  在B3LYP/aug-cc-pvDZ理论水平上研究了1-叠氮基-s-三嗪、1,3-二叠氮基-s-三嗪和1,3,5-三叠氮基-s-三嗪的分子结构,电子结构和叠氮-四唑异构化,NBO分析原子自然电荷和分子间稳定的相互作用能。结果表明:反应始于叠氮基失去线性结构和叠氮基的终端N原子和环上的氮原子靠近,然后是在环中N原子的孤对电子进攻叠氮基,导致了N-N键的形成。键角弯曲、静电引力、轨道离域和稳定相互作用等因素使环化过程中产生了比较大的活化能。研究结果还表明:第二和第三次环化比第一次环化相对容易。
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