氢在α-石英中扩散的从头算分子动力学

摘要

采用从头算分子动力学研究在不同温度(300 K,700 K,1 000 K,1 200 K)下氢原子在α-石英中的扩散机制,根据爱因斯坦方程计算氢原子的扩散前项因子D0(7.72×10-4 cm2/s)和活化能(0.078 eV)。研究结果表明,氢原子在α-石英中的扩散路径有2种。低温下氢原子主要在由硅和氧原子组成的腔中做随机运动,直到跨过一个环到另外一个腔。同时研究温度在1 500 K时氢原子的扩散,氢在周围的3个氧原子之间发生跳跃,导致扩散过程中出现了3种缺陷结构,缺陷结构之间可以相互转化。本文研究在微电子器件可靠性分析等方面有应用价值。