金属原子吸附在半导体表面的吸附特征,以及半导体颗粒吸附在金属表面上的界面结构和电子性质,都是半导体器件物理和现代电子工业的重要课题。研究金属-半导体表面及界面形成过程的微结构性质,对了解表面反应机理,剖析吸附态的本质等,具有重要的理论意义和潜在的应用前景。本文在密度泛函理论框架下,用第一性原理方法计算了Ge(111)表面、Ge(111)表面吸附Ag原子、Ag(111)表面、Ag(111)表面吸附Ge原子,这四个系统的结构和电子性质。通过表面能、吸附能、功函数、布居分析和电子态密度的计算,研究了半导体-金属表面及界面的性质。结果表明,模拟的Ge(111),Ag(111)表面所得的几何结构、表面能、功函数等与现有实验数据吻合的很好,说明构建的模型和计算方法是正确合理的。对于Ge(111)-Ag和Ag(111)-Ge两种吸附系统,吸附原子都倾向于吸附在高配位数的位置。在吸附过程中,由于Ag和Ge原子的电负性很接近,Ag原子与Ge原子之间发生少量电荷转移;Ag与Ge之间的相互作用较弱,吸附时不存在Ag和Ge混合层。对于Ag原子吸附在Ge(111)表面上的系统,Ag原子的吸附增加了Ge(111)表面的活性;不同吸附度的Ag原子引起Ge表面的电学性质发生改变:当吸附度为0.5ML时,系统显示金属性质,且Ag对Ge(111) 2×1两种重构模型的影响差异较大;吸附度为1ML时,系统表现出半导体性质。对于Ge吸附在Ag(111)表面上的系统,Ge原子诱导平整的Ag(111)表面发生褶皱。此外,由于在Ge原子与表面Ag原子之间形成偶极矩,使得Ag(111)的功函数略微降低;随着吸附度的增加,Ge原子逐渐远离Ag(111)表面,Ge-Ag之间的相互作用减弱,Ge-Ge之间的相互作用增强。
