硅纳米结构表面改性理论研究及金硅化合物稳态结构搜索

发布时间：2021-01-28 15:12

　　众所周知,Si基材料已形成丰富的产业链,尤其在电子工业中十分重要。在集成电路、芯片、光学器件、金属门限晶体管（metal gate transistor）和金属半导体接触器件（欧姆/肖特基器件）等产品中,基于Si的各种纳米结构和金属化合物使用广泛。相关的Si基纳米结构设计和材料性质研究也一直是理论研究领域的热点问题。本文通过结构设计和稳态结构搜索的方式结合密度泛函计算方法,分别对Si的表面修饰纳米结构和金硅化合物进行了大量的优化计算和结构筛选,对较稳定的构型、能量和电子结构等性质进行了分析。阐述了所使用的结构搜索工具的二次开发工作。最后,针对第一性原理计算中电子关联项的一种改进方法进行了理论基准测试计算。主要工作内容概括如下:1)基于Si纳米结构（nanostructures,NSs）常见的实验制备和理论研究,设计了两种尺度的Si-NSs(Si₇₈和Si₁₇₂),并对Si（111）表面进行了修饰,考虑了生长和吸附两大类型表面修饰结构,包括常见的栅格状、岛状、坑状和球状等构型。对不同构型的稳定性及电子和光学特性进行了计算研究,并使用密度泛函紧束... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：111 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

PSO算法通用流程

近几年基于人工神经网络的算法在信息技术领域发展迅速,基于神经网络(包括机器学习,深度学习等)的方法在物理和材料方面的应用进入初步发展阶段[45–47]。在本文第四章中,将进一步介绍遗传算法具体应用在Au-Si晶体结构搜索方面的研究;在本文第五章中将展开介绍GA结构搜索程序的一些细节。

放置硅纳米结构的表面有两类。对应于78原子的Si-NSs,我们设计了晶格常数约为5.488?,直径约为3.5nm的7×7 Si(111)表面;稍大的Si172纳米结构都修饰在8×8的Si(111)表面。两种表面的整体形状类似,厚度都由2层Si原子褶皱层组成,最底层的Si原子有H原子饱和。我们给出8×8的表面示意图,如图3.1所示。7×7的表面具有196个Si原子和49个H原子,8×8的表面具有256个Si原子和64个H原子,最底层被H附着的Si原子和H原子在优化时设置其位置固定不变,因此只有与纳米结构接触的上层Si原子层在优化时发生重构。设计的所有Si-NSs主要有四种类型。前3种类型是模拟Si表面上外延生长,纳米结构与表面的原子之间成键,而第四种类型是吸附在Si表面顶部的,由于纳米结构本身成键比较稳定,优化后与表面之间几乎没有重构。文中,我们将单独的Si78或Si172结构称为Si-NSs纳米结构,将它们与表面重构或吸附之后的结构称为表面结构,以此区分。

【参考文献】：
期刊论文
[1]金属硅化物[J]. 许振嘉.  物理. 1987(02)



本文编号：3005216