氢终止金刚石（001）表面的第一性原理研究

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氢终止金刚石（001）表面的第一性原理研究

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毕业论文范文题目：氢终止金刚石（001）表面的第一性原理研究，论文范文关键词：氢终止金刚石（001）表面的第一性原理研究
氢终止金刚石（001）表面的第一性原理研究毕业论文范文介绍开始：
【论文摘要】：金刚石材料由于其所具备的多方面的优异性能，在热学、电学、光学等方面都有广泛的应用前景。自从1954年Eversole报道了利用化学气相沉积（CVD）方法在低气压下成功的合成金刚石膜以来，经过几十年的发展，CVD人工合成金刚石的研究已经有了很大的发展。CVD生长环境中通常含有大量的原子氢，因此得到的金刚石膜的表面常常是氢终止的。研究氢终止的金刚石膜的表面结构和性质，对于深入理解金刚石膜的生长规律及发展其工业应用都具有重要的意义。本文用基于密度泛函的第一性原理计算方法，从原（文章此处忽略..）子和电子的层次上研究了金刚石（001）表面的结构和性质。首先我们计算了金刚石体结构和再构的C（001）表面的结构。理想的金刚石（001）表面上每个碳原子有两个悬挂键，这样的结构显然是很不稳定的，会自发的发生再构。我们从理想表面开始弛豫计算，发现邻近的两个碳原子会彼此靠近形成由一个σ键和一个π键组成的双键，从而在表面形成对称的二聚体阵列。对于吸附氢原子的表面，我们计算六种不同的构型。分别为：（2×1）:H表面、（3×1）:1.33H表面、（2×1）:1.5H的表面、（2×2）:1.5H有槽表面、（1×1）:2H对称表（略..）面以及（1×1）:2H扭曲表面。氢的覆盖度为1，即每个表面C原子吸附一个H原子时，表面π键被打开，每个碳原子的一个悬挂键与氢原子形成σ73WP=80吉林大学硕士学位论文键，而另一个悬挂键仍与邻近原子形成σ键，从而形成（2×1）:H的再构表面。当氢原子的覆盖度更高时，表面碳原子间的σ键也被部分或全部打开，形成氢的覆盖度从1到2的不同的氢终止表面构型。这些表面结构单元所含的碳原子和氢原子个数不尽相同，因此不能直接比较他们的能量。我们将不同构型的能量作为氢的化学势的函数进行比较，发现随着化学（本文此处忽略..）势的升高，稳定的构型从无吸附的再构（2×1）表面，（2×1）:H表面构型，（2×2）:1.5H凹槽表面一直变到（1×1）:2H的扭曲表面。其中（2×2）:1.5H凹槽表面饱和了所有悬挂键同时氢原子间距离较其他覆盖度大于1的构型大，因而更有可能在表面处存在，尽管现在还没有相应的实验发现。氢终止的金刚石表面有一种独特的电学性质，即P型表面电导。实验发现这种表面电导与表面附近的气氛环境有重要关系。这里我们模拟计算了HCl、H2O、NH3三种气体分子在C（2×1）:H表面的吸附情况。三种分子的吸附显示了同一种（此处忽略..）趋势，即分子中的氢原子一端指向表面。从形成C-H键前后表面区域电荷分布的变化分析，可以得出表面上的H原子带负电。依据吸附构型和和吸附能的大小，可以认为HCl和H2O分子与表面的H原子形成了一种独特的氢键--双氢键。双氢键的形成导致了表面附近的电子向空间气体分子转移，这样就在表面以下形成了空穴。这层空穴层就构成了表面的P型电导层。

以上为本篇毕业论文范文氢终止金刚石（001）表面的第一性原理研究的介绍部分。

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