Ge表面氧化和氢化的光电子计量谱学研究

发布时间：2017-08-31 04:39

  本文关键词：Ge表面氧化和氢化的光电子计量谱学研究

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【摘要】：近些年来,半导体Ge在工业、生活中的应用非常广泛。随着纳米芯片和纳米器件的尺寸逐步减小,纳米Ge呈现出了各种不同于Ge体材料的新颖物理特性。因此,探究这些物理特性背后的物理机制是非常具有科学意义和实用价值的。然而,在应用经典理论模型来讨论这些物理特性的过程中均遇到了一些难以突破的瓶颈。因此,采用一个全新的既能克服经典理论所遇到的阻碍又能从本质上解释这些新颖物理特性的理论模型是非常有必要的。本论文工作,综合应用键弛豫(BOLS)、非键电子极化(NEP)以及紧束缚近似(TB)的相关理论以及密度泛函理论计算(DFT),X射线光电子谱(XPS)和区域选择光电子谱(ZPS)的方法,研究了Ge表面以及杂质表面的芯能级偏移的物理机制。具体内容和结果如下:(1)依据BOLS-TB-XPS结合法计算得到,Ge3d轨道的孤立原子能级为27.579eV,相对于块体能级28.960eV向更深能级偏移。由于表面化学键的收缩,从而引起Ge3d轨道低配位(100)和(111)表面电子量子钉扎。同时,我们预测了局域应变、原子结合能等定量信息。(2)运用DFT计算,得到了Ge(100)、Ge(100)-H和Ge(210)表面的局域态密度及Ge(210)表面的键收缩因子的定量信息。同时,H吸附导致Ge(100)表面出现局域极化现象,并引起3d轨道电子能级偏移量从1.381eV减小到0.952eV。(3)运用BOLS-TB理论,再结合ZPS方法对Ge的钝化和吸附表面的3d芯能级的偏移进行了分析并得到,O2,H2O2,H2O,HF钝化的Ge(100)表面和Au吸附的Ge(100)表面均会导致Ge表面3d轨道不同程度的量子钉扎。同时,ZPS获得杂质引起Ge3d界面能级BE偏移。理论分析与实验结果的一致性表明了BOLS-NEP-TB的方法在解释非常规配位系统的能级偏移等方面的问题时,是合理有效的。同时,它还能够为我们进一步探索其它的纳米材料的反常特性提供指导。
【关键词】：低配位物理 异配位化学 芯能级偏移 DFT ZPS
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.11;O641.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 Ge纳米材料的概述9-12
• 1.1.1 Ge纳米材料的基本物性9-10
• 1.1.2 Ge纳米材料的研究现状10-12
• 1.2 材料表面和界面的非常规配位12-16
• 1.2.1 材料表面的应用与研究12-14
• 1.2.2 材料界面的应用与研究14-15
• 1.2.3 材料表面和界面原子的非常规配位15-16
• 1.3 VASP软件简介16
• 1.4 本文的选题依据和主要内容16-18
• 第2章 基本原理和方法18-30
• 2.1 键弛豫-紧束缚(BOLS-TB)理论18-23
• 2.1.1 紧束缚近似法18-20
• 2.1.2 化学键-能带-势垒的关系20-21
• 2.1.3 键弛豫理论(BOLS)21-23
• 2.2 键弛豫-光电子(BOLS-XPS)谱结合法23-27
• 2.2.1 X射线光电子谱(XPS)23-25
• 2.2.2 BOLS-XPS结合法25-27
• 2.3 第一性原理计算方法27-29
• 2.3.1 密度泛函理论(DFT)27-28
• 2.3.2 局域密度近似(LDA)28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 Ge低配位的芯能级偏移30-40
• 3.1 引言30-31
• 3.2 表面低配位的芯能级偏移的BOLS解释31-33
• 3.3 Ge表面的 3d芯能级偏移33-36
• 3.4 Ge表面的量子钉扎36-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 Ge异配位的芯能级偏移40-48
• 4.1 引言40
• 4.2 界面异配位的芯能级偏移的BOLS解释40-42
• 4.3 区域选择光电子谱(ZPS)42-43
• 4.4 Ge氧化和氢化表面的ZPS分析43-46
• 4.5 本章小结46-48
• 第5章 总结和展望48-50
• 5.1 全文总结48-49
• 5.2 工作展望49-50
• 参考文献50-55
• 致谢55-56
• 个人简历与在校期间发表的学术论文与研究成果56
• 个人简历56
• 学习经历56
• 在校期间发表学术论文与科研成果56

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1 吴利红;Ge表面氧化和氢化的光电子计量谱学研究[D];湘潭大学;2016年

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本文编号：763513