金刚石(111)/Al 界面形成及性能的第一性原理研究*

孙士阳 迟中波 徐平平 安泽宇 张俊皓 谭心 任元

(内蒙古科技大学机械工程学院,包头 014010)

针对金刚石/Al 界面的形成和性能,采用第一性原理计算方法,研究了Al 原子在H 终止金刚石表面的吸附及其迁移行为,以及金刚石/Al 界面的结构与黏附功.结果表明:Al 原子吸附对金刚石原子表面结构不敏感,且表面迁移激活能非常小,其原因是Al 与H 原子间没有形成化学键,仅有少量电荷转移,为物理吸附;由吸附位置生长而形成的金刚石/Al 界面为亚稳结构,不具有能量稳定性.本文结果为理解金属纳米掩膜的形成机理提供重要的理论参考.

1 引 言

金刚石因饱和的原子键和稳定的晶体结构,而具有高硬度、高热导率、宽带隙、极高化学惰性和极好的生物相容性等优异性能,在切削工具、复合材料、电子器件、生物传感等领域得到广泛的应用[1−4].纳米结构的量子效应和非线性[5],进一步扩大了金刚石材料在科学前沿的应用.其中,金刚石纳米线的应用和研究最为广泛[6−8].如何制备出纳米线结构,并加以尺寸控制,是金刚石纳米线研究的基础.

金刚石纳米线的制备方法有多种,其中模板法应用最为广泛.Masuda 等[9]以阳极氧化铝为模板,采用微波等离子体化学气相沉积法制备了规则有序的金刚石纳米线和类金刚石纳米管.Yang 等[10]以纳米金刚石颗粒作为硬掩膜,采用化学气相沉积结合反应离子刻蚀法制备了金刚石纳米线.Okuyama 等[11]报道了一种以二维分散固体SiO2颗粒阵列作为……