研究目的
确定氧气在GaN(0001)表面的吸附情况，并理解其在表面化学惰性中的作用。
研究成果
研究表明，氮化镓（0001）表面吸附氧原子会在特定覆盖度下产生高热力学稳定性，这解释了实验中观察到的化学惰性现象。该稳定性对于电子器件用氮化镓衬底的机械化学抛光至关重要。
研究不足
该研究仅限于理论模拟，未包含实验验证。重点在于氧吸附，未考虑氢等其他元素可能对表面性质产生的影响。
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GaN(0001)表面的化学惰性——氧吸附的作用——第一性原理研究
DOI：10.1016/j.mssp.2018.11.023
期刊：Materials Science in Semiconductor Processing
出版年份：2019
更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要：
采用密度泛函理论(DFT)计算研究了氧气在GaN(0001)面（即镓终止表面）的吸附行为。结果表明：低覆盖度时氧分子在吸附过程中发生解离，两个独立的氧吸附原子位于H3位点。氧吸附原子饱和了三个镓悬挂键，通过与Op态的轨道重叠改变其能量，使这三个态与价带(VB)简并。电子计数规则(ECR)显示存在电子过剩，过剩电子会转移至其他镓悬挂键态，清洁表面的吸附能为3.74 eV/原子。在第一个临界覆盖度时费米能级移至导带，第二个临界覆盖度时下移至价带顶(VBM)。吸附能随覆盖度变化呈现特征性规律：初始阶段逐渐降低，在特定覆盖度出现能量跃变，更高覆盖度时能量迅速降至零并转为负值。覆盖度为某特定值时的奇异点是该表面氧吸附构型稳定的关键因素。低覆盖度下的平衡压力为：1500 K时10?? bar，1000 K时10?12 bar。随着覆盖度增加，由于能量和构型熵贡献的减小，平衡压力显著降低——在特定覆盖度时压力降低数个数量级，表明该覆盖度具有极高的热力学稳定性，这解释了实验中观察到的GaN(0001)表面化学惰性现象，也是电子器件用衬底机械化学抛光的关键控制因素。
作者：
Pawel Kempisty，Pawe? Straka，Konrad Sakowski，Stanis?aw Krukowski
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