水による材料表面の除去加工現像の第一原理分子動力学シミュレーション

材料表面去除和水显影的第一性原理分子动力学模拟

• 批准号: 07650142
• 负责人: 後藤 英和
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07650142/
• 关键词: 第一原理分子動力学; 擬ポテンシャル法; 平面波基底関数; 水分子; 水酸基; エッチング; シリコン単結晶; 結合エネルギー; 第一原理分子動力学; 擬ポテンシャル法; 平面波基底関数; 水分子; 水酸基; エッチング; シリコン単結晶; 結合エネルギー

材料表面原子の水による除去加工機構を明らかにし、超精密加工技術への応用の可能性を探ることを目的とした研究を実施した。シリコン単結晶(001)水素終端化表面に1個の水酸基を作用させた系に対して、第一原理的な分子動力学シミュレーションを行い、再安定原子配列と電子状態を求めた。計算にはスーパーセル法を用い、1個のスーパーセル内のシリコン原子数は40個、平面波基底のカットオフエネルギーは70Ry以下とした。次に、その状態における各原子間結合強度、および局所状態密度を求め、水酸基によるシリコン表面原子の除去加工機構に対する考察を行った。その結果、以下のことが明らかになった。1.1個の水酸基が化学吸着する場合、ステップの無い表面よりもステップ端の方が安定である。即ち、異方性を有することがわかった。2.再安定原子配列において、水酸基の最低非占軌道とシリコン表面原子の最高非占軌道との間で混成軌道が形成される。この軌道はp型の電子軌道から成るため、シリコン表面原子のバックボンドに反結合状態が誘起され、バックボンドの結合エネルギーが低下する。3.ステップ端表面原子の場合、1個の水酸基の化学吸着により、バックボンドの結合エネルギーは約60%低下する。以上の研究によって、水酸基による水素終端化シリコン表面原子の除去加工機構が把握できた。さらに、吸着させる水酸基の数を増加させることによって、除去加工現象そのもののシミュレーションが可能となるものと考えられる。また、異方性を利用することにより、(001)表面においても超平坦化表面を作製することが可能であることも確認できた。

进行研究的目的是阐明使用水去除和处理材料表面表面原子的机制，并探索超精确加工技术中应用的可能性。在系统上进行了第一原理分子动力学模拟，其中将一个羟基应用于硅单晶（001）的氢终止表面，以确定可恢复的原子布置和电子状态。使用SuperCell方法进行计算，一个超级电池中的硅原子的数量为40，平面波基础的截止能小于70ry。接下来，确定了该状态的原子间键强度和状态的局部密度，并检查了去除羟基去除硅表面原子的机制。结果揭示了以下内容：1。当一个羟基被化学吸附时，步进边缘比无梯级表面更稳定。也就是说，发现它具有各向异性。 2。在可重复的原子排列中，在羟基的最低非占地轨道与硅表面原子的最高非占地轨道之间形成了杂化轨道。由于该轨道由P型电子轨道组成，因此在硅表面原子的后部诱导抗束缚状态，从而导致支撑杆的键能降低。 3。对于步长表面原子，一个羟基的化学吸收可将后凸的结合能降低约60％。上述研究使得了解羟基去除氢终止硅表面原子的机制。此外，人们认为，通过增加要吸附的羟基的数量，可以模拟去除处理现象本身。还可以证实，通过利用各向异性，也可以在（001）表面产生超扁平的表面。