Энергетический спектр электронов в двумерных ковалентных структурах с локальными дефектами на поверхности

• Автор: Растова, Наталия Алексеевна
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Введение,

1 Физико-химические свойства ковалентных и ионно-ковалентных кристаллов, способы их моделирования и методы расчёта их электронного строения и энергетического спектра

1.1 Физические свойства и применение С, Бі, Єє, Бп

1.1.1 Углерод

1.1.2 Кремний

1.1.3 Германий

ЙЛ.4 Слово .!

1.2 Модели твердых тел

1.2.1 Введение

1.2.2 Кластерные модели твердых тел

1.2.3 Модель квазимолекулярной расширенной элементарной ячейки
1.2.4 Модель кластера с циклическими граничными условиями
1.2.5 Основные требования для кластерных моделей
1.3 Молекулярно - орбитальные вычислительные схемы, применимые к кластерным расчетам твердотельных структур
1.3.1 Ограниченный метод Хартри-Фока-Рутана
1.3.2 Неограниченный метод Хартри-Фока-Рутана
1.3.3 Теория функционала плотности
1.3.3.1 Теория Томаса - Ферми
1.3.3.2 Теория Кона - Шема
1.3.3.3 Самосогласованные уравнения Кона-Шема
1.3.4 Полуэмпирическая расчетная схема ММОО
1.4 Выводы
2 Электронное строение и спектр двумерных ковалентных и ионноковалентных структур с валентно-насыщенной поверхностью
2.1 Гидридный покров
2.2 Локальные дефекты на гидрированной поверхности
2.3. Гидроксидный покров
2.4 Локальные дефекты на гидроксидированной поверхности
2.5 Фторированная поверхность
2.6 Аминный покров

2.7 Выводы
3 Сравнительные расчёты двумерных поверхностных тетраэдрических структур в рамках моделей молекулярного кластера и кластера с циклическими граничными условиями
3.1 Модель
3.2 Расчётная схема
3.3 Результаты и выводы
4 Энергетический спектр электронов в двумерных ковалентных_структурах с локальными поверхностными дефектами, содержащими атомы 3<3-элементов
4.1 Модель
4.2 Расчетная схема
4.3 Результаты и выводы
Основные результаты и выводы
Библиография

Актуальность темы. Одним из важных направлений материаловедения является создание новых конструкционных материалов для приборов микро-и наноэлектроники. Основу соответствующих материалов составляют, как правило, различные твердотельные структуры.
Известно, что физические свойства кристаллов зависят в значительной степени от типа их симметрии [1-4], а также электронного и энергетического строения [5]. Различные поверхностные дефекты (ПД) существенно влияют на энергетический спектр и электронное строение, что приводит к изменению физических свойств кристалла [6-8]. Поэтому исследование влияния ПД на электронное строение и энергетический спектр кристаллического объекта является важной задачей.
Ковалентные кристаллы, в зависимости от их типа и геометрического строения составляющих атомов, наличия различных дефектов, могут быть как полупроводниками, так и диэлектриками. Изучению физических свойств ковалентных кристаллов посвящено много работ, однако до сих пор в литературе не достаточно освящены темы, посвященные изучению электронного строения кристаллов, содержащих различные дефекты замещения на поверхности. Именно поэтому данные кристаллы с ПД являются интересными объектами для исследования.
Экспериментальное исследование размера энергетической щели, работы выхода, зарядов на атомах являются достаточно трудоёмкими, поэтому моделирование и квантовомеханический расчёт таких систем позволяют сузить поиск подходящих материалов* для микро- и наноэлектроники, а также прогнозировать новые физические свойства кристаллов, модифицированных различными ПД.
АЬ шШо-расчёт физических характеристик твёрдого тела, связанных с электронной и фононной подсистемами, сопряжен с вычислением или построением эффективного потенциала, определяющего состояние электронов,

1.1 Локальное замещение поверхностного атома Н на С/ приводит к появлению уровней вблизи границ зоны занятых состояний (ЗЗС) и зоны вакантных состояний (ЗВС), кроме случая алмаза, когда уровни проникают вглубь ЗЗПС на 5-10%.
1.2 Замещение поверхностного атома Н на Л во всех ДКС приводит к появлению состояний, обусловленных неподеленными парами электронов атома Р либо связывающими электронами Э-Р связей, лежащих в глубине ЗЗС объёмной структуры кристалла (ОСК), а также состояний, отвечающих разрыхляющим орбиталям Э-Р-связей, которые примыкают к границе ЗВС ОСК.
1.3 При замещении поверхностного атома Н гидроксидной группой возникают занятые состояния, обусловленные неподеленной, парой электронов кислорода, связывающие состояния О-Н- и Э-О- связей, а также свободные состояния, отвечающие разрыхляющим орбиталям этих связей. Энергии и тех и других состояний лежат внутри ЗЗС и ЗВС соответственно.
1.4 Локальное замещение Н гибридного покрова на группу 8-Н приводит к появлению- донорных состояний, обусловленных неподеленными парами-электронов- атома серы и связывающими электронами Э-Б связей. Эти состояния отстоят от верхней границы ЗЗС ОСК на 10 и на 24% для алмаза и на 22% для карбида кремния.
1.5 Введение локальной поверхностной группы МНт_ вызывает появление донорных уровней, отвечающих неподелённой паре электронов атомов азота, отстоящих от потолка ЗЗС на 5-10% от величины ЗЗПС (для алмаза, германия и карбида кремния). Уровни, относящиеся* к связывающим и разрыхляющим орбиталям валентных связей атома N лежат внутри соответствующих зон.
1.6 При локальном замещении поверхностной группы Э-Нна атом А1 в энергетическом спектре появляются свободные уровни, отвечающие незанятым орбиталям атома А1, которые отстоят от дна ЗВС ОСК на 5-10% (для алмаза и кремния) и примыкающие к дну ЗВС ОСК (для германия).
1.7 Замена Э-Н на атом Са приводит к появлению донорных состояний примыкающих к ЗЗС. Образуются также акцепторные состояния, отстоящие