第
39
卷第
6
期
2009
年
11
月
河南大学学报(自然科学版)
Journal
of
Henan
University
(Natural
Science)
Vo
l.
39
No.6
Nov. 2009
吸附在
Si
(001)
表面二聚体相互作用的分子动力学模拟
王叔清唐春娟
2
赵慧仙
3
贾瑜
3
(1.洛阳理工学院土木工程系，河南洛阳
471023;
2.
洛阳理工学院数理部，河南洛阳
471023
3.
郑州大学物理工程学院，材料物理教育部重点实验室，河南郑州
450052)
摘
要:采用
Stillinger-
Weber
原子间相互作用势，对吸附在
Si(OO
l)表面上的二聚体之间的相互作用进行了分子
动力学模拟.通过对它们之间相互作用的分子动力学模拟，发现不同的二聚体之间相互作用会形成不同类型的四
聚体结构.本文给出两种通过二聚体之间的相互作用形成四聚体结构的途径.模拟还发现这样的四聚体结构在
定温度下是相当稳定的，而且它们的结合位形类似于
B
型台阶，有利于吸附新的原子形成外延层.
关键词
Stillinger-
Weber
势;分子动力学模拟;二聚体
;Si
(00
1)表面;四聚体;扩散
中图分类号
:0472.1
文献标志码
:A
文章编号:
1003-4978(2009)06
一
0581
一
05
Interactions between Si Ad-dimers on
Si
(
00
1) :
A Molecular Dynamic Study
WANG
Chang-qing
1
,
TANG
Chun-juan
2
,
ZHAO
Hui-xian
3
,
]I
A
Yu
3
(1.
De
ρ
artment
of
Civil
Engineering
,
Luoyang
Institute
of
Science
and
Technology
,
Luoyang
471023 ,
China;
2.
Department
of
Mathematics
and
Physics
,
Luoyang
Institute
of
Science
and
Technology
,
Luoyang
471023 ,
China;
3.
School
of
Physics
and
Engineering
,
Key
L
α
boratory
of
Material
Physics
ο
f
Ministry
of
Education
,
Zhengzhou
University
,
Zhengzhou
450052 ,
China)
Abstract:
Interactions
between
Si
ad-dimers
on
Si(OOl) have been
studied
by molecular
dynamics
simulations
using
the
Stillinger-Weber
potentia
l.
The
interactions
determine
the
formation
of
clusters
from diffusing
dimers.
We
have
shown
two
pathways
for
the
formation
of
multipl
e-
dimer
clusters
and
proposed
two
tetramers
(T
AA
and
TBB)
formation
by
two
diffusing
dimers
interacting.
These
tetramer
structures
have been found to be
energetically
stable
with
respect
to
isolated
ad-dimers.
Moreover
,
their
local
bonding
configuration
is very
similar
to
the
B-
type
step
edge which is
known
to
be
the
favoured
adsorption
site
for epitaxial
growth.
The
proposed
tetramers
may
play a
crucial role as
the
nucleus
of
the
new
epitaxial
layer
on
Si
(00
1)
Key words:
Stillinger-Weber
potential;
molecular
dynamics;
dimer;
Si
(00
1);
tetramer;
diffusion
很多研究从理论上预测、实验上也证实室温下单个吸附原子的迁移率太高以至于扫描隧道显微镜
(STM)
不能映像单个吸附原子
[1-6J
快速扩散的吸附原子能很快地互相结合成二聚体
[7-8]
而单个吸附的
Si
二聚体在
Si
(00
1)表面扩散相对较慢.因此，大量的实验和理论研究单个吸附二聚体在此表面的旋转
[9-13]
、
扩散机制
[11-21J
等.经典的形核理论认为
Si
(00
1)表面同质外延生长过程中的形核中心是单个的二聚体.然
而，最近
Liu
等[叫针对半导体表面的生长过程的特点，提出"临界外延形核"的概念.他们指出，
Si
(00
1)表面
同质外延生长的"临界外延形核"是由
3
个吸附在外延位置的二聚体(也就是
6
个吸附原子)组成，而不是单
个的二聚体
.Owen[23-21
J
等在化学汽相沉积
(CVD)
实验中观察到
Si
(00
1)表面同质外延生长过程中在二聚
体排之间的"槽"里有→种新的
Si
四聚体结构.他们建议这种结构对外延生长新层有非常重要的意义.最近，
Nara[
叫等也在化学汽相沉积
(CVD)
实验中，用
STM
观察到两种
Si
四聚体结构.他们还指出，更高的温度下
收稿日期:
2009-03-15
基金项目:国家自然科学基金资助项目(1
0574113)
;河南省科技厅项目
(09230041013
1)
作者简介:王祠清(1
980-)
，男，河南驻马店人，讲师，硕士.主要从事材料计算研究.
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