46、氢终端金刚石的吸附、热稳定性及学生成功预测的反事实解释

氢终端金刚石的吸附、热稳定性及学生成功预测的反事实解释

氢终端金刚石相关研究

在材料科学领域，氢终端金刚石是一种具有良好性能的 p 型金刚石实现方法。其核心在于通过表面的氢终端实现空穴的积累。

表面能与解吸活化能

表面能与解吸活化能是研究氢终端金刚石吸附特性的重要指标。表面能计算公式涉及结构和表面积等因素，由于板片存在两个界面，分母需包含 2 这个因子。氢解吸活化能的定义为 (E_{desorp} = (E_{bulk} + N_{H} · μ_{H}) - E_{slab})，其中 (E_{bulk}) 是裸金刚石表面的总能量，(E_{slab}) 是含氢原子系统的总能量，(N_{H}) 是表面 H 原子的数量，(μ_{H}) 是氢的化学势，由 (H_{2}) 分子的总能量计算得出。

不同表面的氢终端表面能和解吸活化能如下表所示：
| 表面类型 | 表面能 ((eV/A^{2})) | 解吸活化能 (eV) |
| ---- | ---- | ---- |
| (100) | -0.23 | 9.99 |
| (110) | -0.19 | 9.59 |
| (111) | -0.11 | 6.96 |

一般来说，表面能越低，解吸活化能越高，表明氢原子在表面吸附越牢固。结合计算结果，氢原子在 (100) 平面上具有最低的表面能和最高的解吸活化能，吸附最为稳定；(110) 平面次之；(111) 平面最差。因此，从表面吸附稳定性的角度来看，应选择 (100) 面的氢终端金刚石，这与当前使用 (100) 氢终端金刚石制备器件的实验结果一致。

电子结构和能带结构