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基于第一性原理的GaAs(001)-(2×4)表面N对形成研究方法

DOI：10.1380/ejssnt.2014.6 期刊：e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 出版年份：2014 更新时间：2025-09-04 15:30:14
摘要： 实验发现的GaAs(001)-(2×4)表面氮配对形成过程，采用基于第一性原理的方法系统研究了束流等效压力p（pAs=3.0×10??托，pN=7.0×10??托）和温度T=830K条件下的情况。计算得到的表面相图表明：在砷分子（As?）和砷四聚体（As?）生长条件下，(2×4)α?和(2×4)α?表面分别具有稳定性。蒙特卡洛模拟揭示，(2×4)α?和(2×4)α?表面的氮掺入是通过一系列事件实现的——包括N-As二聚体吸附、第三层砷原子被氮取代、以及砷二聚体脱附以在第三层形成氮配对，该过程伴随着能量上有利的第三层Ga-N键数量增加。研究还发现(2×4)α?表面形成氮配对的概率远高于(2×4)α?表面，这是因为(2×4)α?表面氮配对周围的应变较小，而(2×4)α?表面会形成N-As表面二聚体来缓解更大应变。此外，估算了包含(2×4)β?相的As?和As?条件下氮配对形成概率P随温度的变化关系。在As?和As?环境下，当温度为830K时，氮原子掺入GaAs(001)表面可沿[110]方向形成氮配对，在(2×4)α?与(2×4)α?两相混合表面上的形成概率P约为0.8。
作者： Tomonori Ito，Tatsuhiko Sugitani，Toru Akiyama，Kohji Nakamura
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研究概述 实验方案

研究目的

采用基于第一性原理的方法研究GaAs(001)-(2×4)表面氮对形成过程，以理解特定生长条件下的稳定性和形成机制。

研究成果

研究表明，在GaAs(001)-(2×4)表面，由于氮对周围应变较小，(2×4)α1表面比(2×4)α2表面更易形成氮对。在特定生长条件下，约80%的表面掺入氮原子能沿[110]方向形成氮对。

研究不足

该研究仅限于特定生长条件（pAs = 3.0 × 10?6 托，pN = 7.0 × 10?6 托，T = 830 K），并聚焦于GaAs(001)-(2×4)表面。该方法可能无法涵盖所有可能的表面构型或生长条件。

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