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1、2夕..第卷第12期物理学报Vo2夕,olN12198012ACTAPHYSICASINICA。,年月Dee1980as1AI在GA(10)面上的吸附张开明叶令(复旦大学现代物理研究所)1980年4月28日收到要.EHMO11用电荷自洽的方法研究了lA在aGsA(0)面上的吸附问题比较了两种吸附构型,,从能量极小的观点定出了稳定的吸附应为IA取代表面aG原子使aG落在表面sA的悬挂键上.还计算、.了电荷转移成键情况和状态密度.,IA和G,的金属与半导体界面的研究是目前普遍感兴趣的一个课题aA界面是其.,,中之一关于lA在GaA(110)面吸附的电子态已有不少工作目前比较一致的看法a,。,认为i
2、A将取代表面G的位置被取代的G原子越出表面落在表面sA原子的悬挂键.〔,,zJ,As的上从而形成iA次表面本文拟从理论计算的角度来确定lA在GasA(110)面上吸附的几何构型和吸附的电.,子态Gs(110)面由一个小集团构成,,采用集团模型计算aA共有三层原子每层一个.As原子,Ga,Ga’[]第一层的一个原子伸向体内的悬挂键用类sA原子和类原子饱和.,As原子和Ga原子各有一个悬挂键伸向真空为考虑吸附的两种可能位置设计了两种..Ga原子,Ga1模型模型(l)是lA取代表面表面原子落在sA的悬挂键上模型()是lA,原子吸附在As的悬挂键上川片卜如图1两种吸附模型计算采用密度自洽的推广的Hoc
3、kel方法川.吸附的结合能定义为.,△E~E总一EcaA一El^总,G.,,A;石表示吸附后体系的总能量EaA表示吸附前GaA(110)清洁表面的总能量E表示...Al原子的能量在吸附的情况下,吸附能EGs4自由△应为负aA所用参数同文献上},从下面几个方面比较了这两种吸附模型.分别对上述两种模型进行计算1614理学报29卷1.结合能..,,当G。A:的悬挂键上2铭入至249凡处体系总能量模型()l的计算表明原子位于..,,为最低这个位置恰好与Gs中As与G。的键长245入相符说明Ga原子跑出表面aA..但键长不变也说明文献【2]中假设Ga原子保持Gs原来晶格结构是合理的此时结aA.合能△E,
4、~一054e.V..,n,当iA原子位于sA的悬挂键上1夕5169入处体系总能量模型()的计算表明入至..,,,Z28ev:,为最低说明lA原子有可能在此位置被吸附但此时△E~一0}△E】<1△E}可..见这个吸附构形极不稳定更可能的吸附构型是模型(1)2.表面偶极矩s,,a,s,a,,在GaA中A和G之间有电荷转移A得电子G失电子但当iA被吸附后lA..的电荷要转移给Ga,Ga306,模型(l)的计算表明跑出体外的原子上的电荷数为成为,.,..Ga的lA上的电荷数为264负离子取代为正离子从而形成表面负偶极矩但模型.,(Il)的计算结果却与此相反,表面Ga吸附在sA的悬挂键上的iA失电荷是正
5、离子得.电荷,,L`;,1,Gs110是负离子从而形成表面正的偶极矩实验结果表明iA与aA()界面是负的偶极矩.可见模型(l)与实验相符.3.成键情况GaAs体内形成sA一Ga共价键,用自洽的EHT方法算得键上电荷数为0.69.模型厅一麦模型(。)中、的定域态密,{jL、Iwell。卜龙厂一一六川ǐl一10一气…模型(工)的态蜜度模型(n)的态密度1。}。一10一5石瓦。一10一5几石(eV)图2模型(l)计算的态密度图3模型(1夕计算的态密度12:Ga111615期张开明等Al在sA()0面上的吸附.,吸附后表面lA一sA键上电荷数为067,As()l的计算表明可见lA取代aG以后仍与形.,
6、,Ga原子与表面As原子之间的电荷数为076成共价键此时越出体外的说明aG虽越出,但键并未减弱.体外模型(n)的计算表明,当iA吸附在As的悬挂键上时,AsiA与表面原子之间的键上.,.电荷为127形成很强的键合作用,Ga原来的键级从而削弱了表面sA一此时表面sA...Ga的键上电荷数减到054相形之下,lA一A,Ga一键大大强于一sA键这也能说,sa,,,明当lA从A的悬挂键上与GsA(11。)面接触后将削弱GaA表面原来的键级促使.Ga越出体外4.态密度,.,,图2:是就模型(l)计算的态密度图引用了文献〔1的记号峰略越出价带顶部伸..,,a,到禁带中是悬挂的G原子的贡献’d峰是半空半满态
7、位于导带底上约026ev处是.,由取代表面Ga原子的lA的贡献这两个峰的位置与实验符合很好l[]甚至优于紧束缚.,.的计算结果,这是由于模型较小Ga原子之故但“峰较弱悬挂只有一个图3是就模型(11)计算的态密度.“峰落于禁带中靠近导带处,d’峰也略低于导带底.并且.,’c与’d这两个峰合并了这与文献[1的计算结果一致说明模型(I)I不符合实验结果..在文献[l]中还考虑了lA被吸附后GsaA表面产
