發(fā)布時間：2020-11-20 02:28

　　 GaN是重要的寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料,廣泛用于制備微電子器件和光電子器件,MOVPE是生長GaN薄膜的主要方法。了解GaN的表面反應(yīng)機理,對于控制GaN的生長質(zhì)量至關(guān)重要。本文基于密度泛函理論(DFT)的量子化學(xué)計算,針對MOVPE生長GaN薄膜的表面吸附和擴散進行研究,特別是針對GaN生長的主要反應(yīng)前體Ga和GaCH_3在理想、H覆蓋和NH_2覆蓋的GaN(0001)表面的吸附和擴散過程,通過計算和比較吸附粒子在表面不同吸附位的幾何結(jié)構(gòu)、吸附能量以及表面擴散能壘,確定GaN薄膜生長的初始反應(yīng)路徑。首先,基于Material Studio軟件Dmol3模塊,構(gòu)建GaN(0001)超晶胞模型,采用廣義梯度近似GGA和PW91泛函相結(jié)合的方法進行驗證;其次,分別對Ga和GaCH_3在三種不同覆蓋面的不同吸附位的吸附能量、Mulliken電荷布局和分波態(tài)密度進行計算分析,揭示粒子在表面的吸附位和吸附成鍵原理;最后,根據(jù)Ga和GaCH_3在三種表面的穩(wěn)定吸附位,采用LST/QST方法搜尋粒子在表面不同擴散路徑下的擴散能壘。論文的主要結(jié)論如下:(1)Ga原子和單甲基鎵GaCH_3均吸附在三種不同覆蓋表面的T4位和H3位,并且粒子在NH_2覆蓋表面的吸附能最大,在H覆蓋表面的吸附能最小,在理想表面的吸附能介于中間。(2)通過對吸附粒子和表面粒子的電荷布居分析發(fā)現(xiàn),Ga原子和GaCH_3吸附在NH_2覆蓋GaN(0001)面時,電荷均從吸附粒子轉(zhuǎn)移到了表面粒子,吸附后的Ga原子和GaCH_3略微帶有正離子性,理想表面和H覆蓋表面卻恰好相反。(3)結(jié)合態(tài)密度分析發(fā)現(xiàn),吸附的Ga原子和GaCH_3中Ga原子的4s、4p軌道均有不同程度的雜化現(xiàn)象(表面Ga原子的4s、4p,N原子的2s、2p也均有雜化現(xiàn)象),并且與表面近鄰原子形成了帶有離子性質(zhì)的Ga-Ga、Ga-H和Ga-N共價鍵(鍵強關(guān)系:Ga-NGa-GaGa-H)。(4)Ga原子在NH_2覆蓋GaN(0001)面上擴散能壘最大,因此表面過量的NH_2會抑制Ga原子的擴散。對于GaCH_3也有相同的結(jié)論。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TN304.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 GaN材料
    1.2 GaN-MOVPE生長原理
    1.3 GaN-MOVPE氣相和表面反應(yīng)
    1.4 GaN表面反應(yīng)的研究
    1.5 存在的問題
    1.6 本文研究目標和方法
第二章 理論基礎(chǔ)和計算方法
    2.1 表面反應(yīng)理論基礎(chǔ)
        2.1.1 表面結(jié)構(gòu)
        2.1.2 表面吸附和擴散
    2.2 密度泛函理論
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
        2.2.3 交換相關(guān)能量泛函
    2.3 Materials Studio軟件及Dmol3模塊功能
    2.4 相關(guān)的化學(xué)與物理量定義
        2.4.1 吸附能
        2.4.2 Mulliken電荷布居
        2.4.3 電子態(tài)密度
第三章 含Ga粒子在理想GaN（0001）表面的吸附和擴散研究
    3.1 理論模型和計算方法
    3.2 結(jié)果與討論
        3.2.1 Ga在理想GaN（0001）表面的吸附
        3.2.2 MMG在理想GaN（0001）表面的吸附
        3.2.3 Ga和MMG在GaN（0001）表面的擴散
    3.3 小結(jié)
第四章 含Ga粒子在H覆蓋GaN（0001）表面的吸附和擴散研究
    4.1 理論模型和計算方法
    4.2 結(jié)果與討論
        4.2.1 Ga在H覆蓋GaN（0001）表面的吸附
        4.2.2 MMG在H覆蓋GaN（0001）表面的吸附
        4.2.3 Ga和MMG在H覆蓋GaN（0001）表面的擴散
    4.3 小結(jié)
2覆蓋GaN（0001）表面的吸附和擴散研究'>第五章 含Ga粒子在NH₂覆蓋GaN（0001）表面的吸附和擴散研究
    5.1 理論模型和計算方法
    5.2 結(jié)果與討論
2覆蓋GaN（0001）表面的吸附'>        5.2.1 Ga在NH₂覆蓋GaN（0001）表面的吸附
2覆蓋GaN（0001）面的吸附'>        5.2.2 MMG在NH₂覆蓋GaN（0001）面的吸附
2覆蓋GaN（0001）表面的擴散'>        5.2.3 Ga和MMG在NH₂覆蓋GaN（0001）表面的擴散
    5.3 小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與工作展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 存在不足
    6.3 工作展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 辛曉龍;左然;童玉珍;張國義;;MOVPE生長GaN的表面反應(yīng)機理[J];發(fā)光學(xué)報;2015年07期

2 胡春麗;陳勇;李俊篯;;First-principles Calculations of H_2O Adsorption Reaction on the GaN(0001) Surface[J];結(jié)構(gòu)化學(xué);2009年02期

本文編號：2890801