GaN(0001)缺陷表面诱导生长STO薄膜的理论研究

摘要

本论文结合相关实验结果，并在已有计算的结果上进一步构造并计算了GaN(0001)面上Ga空位缺陷对TiO2分子、SrO分子和BaO分子的吸附。以及含有[10-10]和[11-20]两个方向缺陷的GaN(0001)表面对TiO2分子的吸附。计算机模拟的手段进行研究，具体应用MS软件中的castep模块计算，设计并优化了各个模型，在优化完成的构型上计算了态密度、密粒根电荷数等性质。
　　首先，前期计算得到的最易形成的点缺陷为VGa点缺陷。我们在此优化好的VGa点缺陷表面上的不同位置放置了具有代表性的TiO2分子、SrO分子和BaO分子。结果显示:TiO2分子在VGa点缺陷面上的吸附能比其在干净表面上的吸附要弱，说明在同等条件下，TiO2分子优先吸附于干净表面。以同样的条件计算的VGa点缺陷对SrO分子和BaO分子的吸附结果表明，VGa点缺陷对SrO分子或者BaO分子的吸附都比对TiO2分子的吸附要容易。而干净表面对TiO2分子的吸附要优于对其余两种分子的吸附。VGa点缺陷对SrO分子或者BaO分子的吸附结果表明，吸附后Sr-O键和Ba-O的成键方向都为[11-20]方向。这和实验生长方向是一致的。
　　其次，我们设计并计算了含有[11-20]方向、[10-10]方向的GaN(0001)面上的线缺陷。结果显示，[10-10]方向的线缺陷优化后的结果基本不变形，而[11-20]方向的线缺陷变形严重，推论是和缺失的Ga原子的个数有关（点缺陷的结果也是Ga空位缺陷变形严重，而N缺失则影响很小）。计算结果表明[11-20]方向的线缺陷没有[10-10]方向的线缺陷对TiO2分子的吸附能大。
　　最后，我们研究了GaN(0001)面上的含有[10-10]、[11-20]方向的台阶缺陷。同样的[10-10]方向的线缺陷优化后的结果没有[11-20]方向的台阶缺陷变形严重。计算结果表明[11-20]方向的台阶缺陷比[10-10]方向的台阶缺陷对TiO2分子的吸附能大。并且吸附后的最优吸附结果是TiO2分子的两个O连线都几乎是[11-20]方向，这和实验生长方向是一致的。

目录

声明

摘要

1 概述

1．1 研究背景及意义

1．2 GaN表面缺陷的研究

2 基本原理与方法

2．1 第一性原理计算方法概述

2．2 多电子体系中的基本近似

2．3 密度泛函理论(DFT)的应用

2．4 CASTEP功能特点

2．5 主要计算性质简介

3 GaN点缺陷表面对SrO分子、BaO分子和TiO2分子吸附的理论研究

3．1 引言

3．2 点缺陷表面对SrO分子吸附的理论研究

3．3 点缺陷表面对BaO分子吸附的理论研究

3．4 点缺陷表面对TiO2分子吸附的理论研究

3．5 小结

4 GaN(0001)表面线缺陷对吸附影响的研究

4．1 引言

4．2 [10-10]线缺陷表面对TiO2分子吸附的理论研究

4．3 [11-20]线缺陷表面对TiO2分子吸附的理论研究

4．4 小结

5 GaN(0001)表面台阶缺陷对吸附影响的研究

5．1 引言

5．2 [10-10]台阶缺陷表面对TiO2分子吸附的理论研究

5．3 [11-20]台阶缺陷表面对TiO2分子吸附的理论研究

5．4 小结

6 结论

参考文献

致谢

在校期间的科研成果