金剛石表面臺(tái)階結(jié)構(gòu)比硅平面更穩(wěn)定
2008-01-21 14:32:03
眾所周知，當(dāng)表面上存在臺(tái)階結(jié)構(gòu)時(shí)，有可能導(dǎo)致懸鍵或額外應(yīng)變的發(fā)生，因而一般不如平面穩(wěn)定，這種情形對(duì)于Si表面確實(shí)如此。但是，對(duì)于金剛石而言，盡管和硅有著相同的晶體結(jié)構(gòu)，其表面的臺(tái)階結(jié)構(gòu)卻和硅大相徑庭。近日，中科院物理所的楊洪新、徐力方、方忠、顧長(zhǎng)志研究員和美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院(Rensselaer Polytechnic Institute)的張繩百教授合作，用第一原理深入地研究了清潔的金剛石表面的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，通過(guò)計(jì)算臺(tái)階形成能，發(fā)現(xiàn)臺(tái)階結(jié)構(gòu)比2×1結(jié)構(gòu)的平面更穩(wěn)定。相關(guān)結(jié)果已于2008年1月14日發(fā)表在最新一期的《物理評(píng)論快報(bào)》上。
半導(dǎo)體表面一個(gè)最普遍存在的現(xiàn)象是發(fā)生晶格再構(gòu)，它導(dǎo)致了表面具有各種不同于體內(nèi)的物理性質(zhì)。正是由于表面再構(gòu)在基礎(chǔ)和應(yīng)用研究方面具有的重要性，幾十年來(lái)人們做了大量的工作。能否提出一個(gè)簡(jiǎn)單的理論，從而在研究一些典型的半導(dǎo)體表面再構(gòu)時(shí)給出一定的規(guī)律，這是人們長(zhǎng)期追求的目標(biāo)。
基于此，他們對(duì)碳元素提出了一個(gè)用來(lái)探索其再構(gòu)的計(jì)鍵規(guī)則 (Bond-Counting Rule)，并且應(yīng)用于金剛石臺(tái)階面的再構(gòu)，與計(jì)算結(jié)果無(wú)一例外的一致。更深入的分析發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定的臺(tái)階結(jié)構(gòu)所引起的扭曲σ鍵比平面2×1再構(gòu)要少，因而導(dǎo)致其更穩(wěn)定。這項(xiàng)新的工作發(fā)現(xiàn)了金剛石表面臺(tái)階化的本質(zhì)，計(jì)算結(jié)果和目前國(guó)外其它小組STM觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全一致，指出了金剛石表面的臺(tái)階化與硅表面臺(tái)階化的根本不同，深入認(rèn)識(shí)了金剛石表面臺(tái)階的性質(zhì)，為利用金剛石表面制作各種高可靠性器件奠定了基礎(chǔ)。上述研究工作得到中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金和科技部項(xiàng)目的支持。
