GaAs(001)面复盖单层Si表面原子结构和电子结构

) 面实验 发现. 0 1
2 义 1
当
G
As
2
(00 1 )
稳 定的 再构 表 面
,
沉 积 了一个单 层
2 又 2
L E E D
图 样 变成
再构
.
,
当 复盖
到
3
层时
2 义 1
图 样 逐 渐 变成
关 于 这方 面的 理 论
.
工 作 至 今 未 见 报道
本 文 对 复盖 单 层 每个 原 子
S P
3
iS
,
A s 终 止和 G
a
终 止的 G 和
,
a
As
(00 1 )
面 进 行 了理 论 计算
, ,
我们用
,
四 个 轨道对 几种 可能 的
.
1又 1
2 又 l
原 子 结 构 用 参 数 化 紧 束缚 方法 计 算
3
了 它 们的 总 能 和 电 子 结 构
.
对 几 种可 能的 结 构
我 们让 表 面
a
层原 子弛豫
.
面
S /G i (
然 而极性 的
a
0 (
0
) 1
面和
a
( 111 ) ( 111 )
面 对 半 导 体器 件 同 样 是 重 要 的 极 性 界 面 的 研 究 比较 少
A
s
,
与
( 1 1 0 ) 面 比较
G
a
A
s
(0 1 )
和 iS / G
,
A
a
s
最 近 iS 分 子 束外 延
S 后 i
,
.
A
s
但是 由 于 极性 半 导 体 上 生 长 非 极 性 半 导 体 会
,
以 及 两 者 热 膨 胀 系 数的较大 差 别会在 外 延 层 出 现 应 变
.
这 就 给 理 论研 究 工
( 110 )
,
作 带 来很 大 困 难
.
S 和 G A 最初的 i
a
s
界 面 的 研究
,
涉 及的 是
.
G A
a
s
的非 极性 面 一
E
。,
离子 与 电子 相互作 用 能有关
(3) 2
.
~
,
E
。
_
,
+
ZE
,
_
_
,
注意在 (3 ) 总能 t E
o t
式中
乙 I
电子 与 电 子 相 互 作 用 能被计 算了
、
次
(4)
和 能带 结 构 能 量 E 三
E
,`
之 差用 U 定 义 即
,
一 E
、
于 是 我 们有
U 一 E
.
_
`
一 E
,
_
。
(5)
更稳 定
S 和 A 另一 种 可 能性 是 界 面 是 由 i
S 和 G a 形成 的 腰 合 以及 i
收稿 日 期
199 4一
6 0
一
2 0
中 山 大学 学 报论 丛 金 1
G
1
4
年
x A a
、
,
二
1 5
.
总 能 研 究 以 及 计 算 参 数 的选 定
d 方 案计 算 电子 一 离 子 系 统 的总能 采用 Cha i
,
、
电 子 能 带 论 中 可 以 用 能 带结构 能量 凡 表 示 计 算 到 费米 能级 单粒子 能量 的 和
E
, 。
,
一 2
习E
”
.
。
(万 )
.
(2)
盖 ,:
其 中 对 波 矢 万和 能 带 指 标
表 示 占 据 的 单粒 子 态 求 和
、
因 子 2 来 自 自旋 的 二 重 简 并
.
能 带 结构 能 量 E 。 与 电 子 与 电子
在 参 数化 紧 束缚 模 型 中
个 方 案 在 过 去决 定 几 个
’
,
U
的计算 是 不 可 能 的 我 们采 用 了 族化 合物 半 导 体 和
I v
,
Ch
d a
i
的近似 方 案
2〕 汇
.
这
m 一 V
,
族 元 素半 导 体 中被 认 为是 相 当 成功
的
卜
`
.
在这 个 方 案 中
U =
U
可 以写成
△U
、
了一 乙
习 (U
.
用 总能 量 最
,
小 方 法 决 定 最 稳定 的 位置
As 和 Ga
又 1
计算 了 表 面 态 能 带 与
.
,
并 分 析 了 它 们的 起 因
A
s
结果 表 明
S i
,
与
2
都能 成 键
l 义 1
,
S 但 i
A s 成键 更强些
;
G
0 (
0
) 1
A
s
s
S 后 终止 面 吸 附 单层 i
结构 要 比
:
使我 们能够 决 定
驰 豫 的 类 型 以 及 最 终 决 定表 面 原 子 的结 构
电 子 一 离 子 系统 的 总 能
E
, 。:
可 以表 示 为
`
=
:
E
。
。
+
E
,
+
E
` 一 `
(l )
、
.
其中
E
,
,
、
E
。 一
、
和
E 一
表 示 电子 与 电子 电子 与离 子 离 子与离 子之 间 的相 互 作 用 能 在单
中 山 大 学 学 报 论 丛
年 第 期
o
面 复 盖 单 层 原 子 结 构 和 电 子 结 构
表 面
孙 国耀
刘惠周
中山 大 学物 理 学 系
摘
要
本 文 用 参数 化 紧束 缚 方 法
.
,
从 总 能 量最 小 原 理 研 究 了
A
:
Ga
a
s A
s
,
0 ( 0 (
01 ) 。l )
s 面 复 盖单 层 i 一 1又l 和 2又 1
d
。
是体 材 料 的平衡键 长 o U 和
,
与实 验值 一 内聚 能 和 体 积 弹性
o决 定
.
模 量有 关 由 于 晶 体在平 衡位置 总 能最 低
、
U
,
由 d瓦 /
,
`
dV ~
我 们 关 心 的 是 由 于 原 子 驰 豫 而 导 致 总 能的 改变
即
(8)
△三
△
c ha di
一 △
E、
,
+
任
、
表 面 的 原 子 结构 和 电子 结构 复 盖单 层
.
分别计算 了
.
s
终止 和
S i
G
a
终止 的
G
a
G
A
S i
薄 片模 型 的总 能 量
a
结果 表 明
l
与 s A 和
S i
都 能 成键
s
但
iS
与
a
A
s
成键 更 强
些
:
1 5
S
,
取代 G
_
,
的位 置 形 成
2 x结构,ຫໍສະໝຸດ 或者 界 面 是 由.
和 A
S 和 G 以及 i
(6 )
.
U (d i )
, , ,
i 是 第 i 个 键 的 键 长 为 了 计 算 方便 在形变 不 太 大时 进 一步假 定 其 中 d
U (i d ) 只 展开 到
泰 勒级 数 的第 二项
U (d i ) = U
。
,
。
+
U
:
〔
`
+ U
:
任矛
.
(7) U
Z
式中 任 一 d (
.
;
:
一 d
。
) /d
.
,
用 H ar
is
o n
普 适 参 数公 式计算 紧 束缚
,
参数
在 研究 原 子 结 构 工 作 中
,
目的 不 在 于 基 态 总 能 的准 确 值
.
而 在 于 找 到 一 种 能够 计
,
算 由 于 原 子 驰 豫 导 致 总 能 改变 的 方 法
E
o t
,
对 于 表面
.
,
总 能 的增 加或 减 少
形 成 的 度 合金
Ga A
1 5
.
理 论计 算得 到 最近 的实 验 支 持 参 数 化 紧 束 缚 方法
,
关键 词
表面态
,
能带
研 究 两 种 不 同 禁 带 的 半 导 体 材 料 形 成 的超 晶 格 延技术 生 长
出现反 相畴
,
,
例 如在
G
a
A
s
衬底上 利 用分 子束 外
S i
,
.
主 要 兴 趣 在 于 光 电子 应 用