SnO2(110)表面电子结构的第一性原理

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1、万方数据第14卷第1期2008年2月功能材料与器件学报JOURNALOFFUNCTIONALMATERIAl5ANDDEVICESVoL14，No．1Feb．，2008文章编号：1007—4252(2008)01-0059—06Sn02(110)表面电子结构的第一性原理金仁成1，翁雪军2，王立鼎1，张五金2(1．大连理工大学微系统研究中心，大连116024；2．大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，大连116024)摘要：应用第一性原理DFT(密度泛函理论)研究了具有(1×1)和(2×1)对称性的SnO：(110)氧化表面、还原表面和缺

2、陷表面的几何结构与电子结构，重点分析了表面氧空穴(0vacancy)对表面电子结构的影响以及对气体分子吸附的影响。研究结果表明，由于表面空穴的存在，SnO：(110)表面能隙中都出现了明显的表面态，由于表面氧的流失而留下来的电荷是产生这些表面态的主要原因，这些电荷主要集中在Sn上和附近的空穴中，与这些电荷相关的轨道是氧化物表面吸附研究的关键。关键词：SnO：；密度泛函理论；电子结构；能隙中图分类号：TN401文献标识码：ATheoreticallystudyingtheelectricalstructureofSn02(I10)surface

3、withfirstprincipleDFTtheoryjINRen．chen91，WENGXue-jun2，WANGLi-din91，ZHANGWU-jin2(1．ResearchCenterforMST，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China；2．KeyLaboratoryforPrecisionandNon—-traditionalMachiningTechnologyofMinistryEducation，Dalian116024，China)Abstract：Calculatio

4、nonelectricalstructureofSn02(110)surfaceof(1×1)and(2×1)symmetrywithfirstprincipleDFF(densityfunctionaltheory)isperformed．TheeffectofOvacanciesonsurfaceelec—tronicstructureandfutureadsorptionisemphasized．DuetotheexistoftheOvacancies，thesurfacestateoriginatingfromtheelectronl

5、eftbytheremovalofoxygenappearedatthebandgap，theseelectronsloca-tedonthetopoftinatomsandOvacancies，andtheorbitalsassociatingwiththeseelectronswereconsid-eredtobethepotentialsitewhereadsorptionwouldtakeplace．Keywords：Sn02；densityfunctionaltheory；electronicstructure；bandgapO引言

6、目前利用MEMS技术的金属氧化物气敏传感器的研究已经成为热点。这类传感器具有较好的灵敏度、易于集成、低功耗等优点，被广泛应用于各种收稿日期：2007一07—20：修订日期：2007—09—22基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(973)[2006CB300407]；国家自然科学基金资助重点项目(9020r7003)．作者简介：金仁成(1969一)，男，博士，副教授，(E—mail：rejin@dlut．edu．VII)．万方数据功能材料与器件学报14卷有毒有害气体、可燃气体、工业废气的检测。SnO：以其独特的表面和界面特性成为普遍使用的气

7、体传感器敏感材料。SnO：晶体表面存在不同程度的氧缺陷(0vacancy)，并在不同温度下表现出不同的表面特性¨J，薄膜电导测试显示表面氧缺陷的存在可以提高表面电导达两个数量级旧’3】。因此，深入研究晶体表面电子结构，对进一步提高传感器性能具有重要的意义。主要从传感器角度出发研究表面氧空穴对SnO：(110)表面电子结构的影响以及表面的潜在吸附位，为新型气敏传感器的设计提供理论支持。l计算方法和模型利用MaterialsStudioTM软件的CASTEPMl模块对Sn02表面进行了第一性原理计算。CASTEP模块是基于密度泛函平面波赝势的量化

8、计算程序。已有文献怕。研究结果表明，GGA(广义梯度近似)方法处理TiO：和SnO：表面效果优于LDA(局域密度近似)，所以选用了基于GGA近似的PW91方法∞J。