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

基本信息

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

项目摘要

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。

我们开展的研究旨在阐明水去除材料表面原子的加工机理，并探索应用于超精密加工技术的可能性。对硅单晶（001）的氢封端表面施加单个羟基的系统进行了第一原理分子动力学模拟，并确定了重新稳定的原子排列和电子状态。计算采用超晶胞法，1个超晶胞硅原子数为40个，平面波基截止能为70Ry以下。接下来，我们确定了该状态下的原子间键强度和局域密度，并考虑了羟基去除硅表面原子的机制。结果，以下的事情就清楚了。当1.1个羟基被化学吸附时，台阶的边缘比没有台阶的表面更稳定。即，发现其具有各向异性。 2.在重新稳定的原子排列中，羟基的最低未占据轨道和硅表面原子的最高未占据轨道之间形成杂化轨道。由于该轨道由p型电子轨道组成，因此在硅表面原子的背键中诱发反键态，降低了背键的结合能。 3. 在阶梯边缘表面原子的情况下，由于一个羟基的化学吸附，背键的键能降低约60%。通过上述研究，我们了解了硅表面氢封端原子被羟基去除的机理。此外，据信通过增加待吸附的羟基的数量，可以模拟去除过程本身。我们还证实，通过利用各向异性，即使在（001）表面上也可以创建超平坦表面。