Ta-Si-N复合表面中界面结构的第一性原理研究

摘要

本课题采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了Ta-Si-N纳米复合表面,主要对其界面结构和界面力学性能进行了研究。此还研究了Ta-Si-N岛在TaN(001)表面的构型演变,主要计算了7种Si-2Ta2N岛构型TaN(001)表面的构型总能和吸附能,然后在分析各种岛构型的基础上,进一步计算了不同岛构型之间演变时粒子的迁移激活能。主要得出以下结论:
　　(1)Ta-Si-N间隙型界面的单位结合强度比置换型界面的单位结合强度大,置换型界面稳定后所形成的1Si-6N结构中Si-N键长度不一致导致界面体系能量变化,这与Ti-Si-N复合表面界面类似。Ta-Si-N间隙型界面的最低能量结构为一个Si粒子在体心位和两个Si粒子在面心位,而Ti-Si-N间隙型界面的稳定结构为三个Si粒子均在体心位。
　　(2)Ta-Si-N置换型界面的力学性能比间隙型界面好,与Ti-Si-N界面类似。TaN加Si后形成的两种界面结构力学性能与TaN比较明显下降,与TiN加Si后的计算结果类似,说明晶粒的强度高于界面的强度。TaN的杨氏模量的各向异性比TiN突出。Ta-Si-N置换型界面杨氏模量的各向异性比间隙型界面的突出,而Ti-Si-N间隙型界面杨氏模量的各向异性比置换型界面的突出。
　　(3)TaN(001)表面的7种岛构型中,最稳定的构型是Si在2Ta2N岛外与Ta粒子成斜对角,而TiN(001)表面最稳定的构型是Si在2Ti2N岛外N旁边。在构型N-by-2Ta1N1Si演变为构型Si-by-2N2Ta时,Si粒子更倾向迁入N粒子的空缺位形成N-by-2Ta1N1Si岛构型。Ti-Si-N岛演变时,Si粒子更趋向于停留在岛外,而N粒子也不易从岛内迁出。构型Ta-by-2N1Ta1Si演变为Si-of-2Ta2N时,Si粒子相对容易从岛内迁出,Ta粒子迁入岛内形成的Si-of-2Ta2N构型是一种稳定的构型。Ti-Si-N岛演变时,Si粒子迁出相对困难,Ti粒子在岛内更稳定,形成的Si-by-2Ti2N构型很稳定。

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1 绪论

1.1研究背景

1.2 Ti-Si-N纳米复合表面的研究概况

1.3 Ta-Si-N纳米复合表面的研究现状

1.4 本课题研究的目的与主要内容

2 基本理论与研究方法

2.1 第一性原理方法

2.2 VASP软件简介

3 Ta-Si-N复合表面的界面结构

3.1 结构参数优化

3.2 界面结构的计算

3.3 本章小结

4 Ta-Si-N界面结构的力学性能

4.1 力学常数的计算

4.2 计算结果分析

4.3 本章小结

5 Ta-Si-N岛在TaN（001）表面上的构型演变

5.1 Ta-Si-N岛在TaN（001）表面上的吸附作用

5.2 Ta-Si-N岛在TaN（001）表面上的演变过程

5.3 本章小结

6 结论与展望

索引

参考文献

在学研究成果

致谢