碳化硅表面氢气吸附机理研究

在CVD沉积SiC过程中,载气体H2与沉积SiC基体表面的反应影响沉积速率和沉积产物品质,因此研究这些微观反应机理具有十分重要的科学意义和工程价值。本文基于第一性原理研究了H2在3C-SiC(111)（硅原子暴露面）和3C-SiC(-1-1-1)（碳原子暴露面）面的吸附位置、吸附能、电子结构和覆盖率等吸附情况。发现H2倾向于吸附在3C-SiC(111)面,H原子的最稳定吸附位为OT位（顶位）且属于化学吸附。H2在吸附时会自发解离为两个H原子,以双顶位形式吸附在两个相邻的Si原子上。该过程中基体表面Si原子的电子向H偏移,此时两者的主要相互作用源于Si原子的p轨道和H的s轨道的重叠杂化。通过计算氢气在表面的覆盖率,发现吸附能随着覆盖率的增大而增大,在低H覆盖率(θH≤4/9 ML)下,H原子之间存在着较强的吸引力,随着H覆盖率的增加(θH＞4/9 ML),H原子之间排斥力逐渐增大,吸附能增加趋缓,整体结构更加稳定。