Metallisierung von SiC Oberflächen durch Wasserstoff-Adsorption
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Arbeiten im Rahmen dieses Projektes hatten zum Ziel, das experimentell beobachtete, völlig ungewöhnliche Verhalten von atomarem und molekularem Wasserstoff bei der Adsorption auf und Reaktion mit SiC(001) Oberflächen von ersten Prinzipien ausgehend theoretisch zu erklären. Um den physikalischen Ursprung und den Mechanismus der höchst erstaunlichen Metallisierung der SiC(001)-(3x2) Oberfläche zu ergründen, wurden verschiedene Wasserstoff-SiC Adsorbatsysteme systematisch bezüglich ihrer optimalen Struktur, elektronischen Eigenschaften und charakteristischen Schwingungsmoden mit Hilfe der Dichtefunktionaltheorie im Rahmen der lokalen Dichteapproximation und der generalisierten Gradientenapproximation berechnet. Die Studien haben den Mechanismus der wasserstoffinduzierten Metallisierung der SiC(001)-(3x2) Oberfläche klar zutage gefördert. Weiterhin haben sie zweifelsfrei erklärt, warum molekularer Wasserstoff bei Zimmertemperatur auf der SiC(001)-c(4x2) Oberfläche barrierefrei dissoziativ adsorbiert, während die SiC(001)-(3x2) Oberfläche praktisch inert gegen H2 Adsorption ist. Darüber hinaus wurde gezeigt, warum molekularer Wasserstoff auch an der Si(001)-(2x1) und der C(001)-(2x1) Oberfläche nicht bei Zimmertemperatur dissoziativ adsorbiert. Im Zuge dieser Studie haben wir einen neuen, bisher nicht untersuchten Reaktionspfad von Ha auf diesen beiden Oberflächen gefunden, der im Falle der C(001)-(2x1) sogar der wahrscheinlichste Kanal für das Haften von H2 ist. Schließlich wurde noch gezeigt, dass die Adsorption von atomaren Wasserstoff auf der SiC(001)-(3x2) Oberfläche auch zu halbleitenden Strukturen führen kann, die aber experimentell bei Zimmertemperatur vermutlich nicht beobachtbar sind, da zu ihrer Realisierung erhebliche Energiebarrieren zu überwinden sind. In diesem Kontext haben unsere Berechnungen zur Aufdeckung eines sehr interessanten Wasser Stoff-Einfangprozesses geführt. Unsere Studien haben daher eine Fülle interessanter Resultate vornehmlich zur Adsorption von H und H2 auf SiC(001) Oberflächen geliefert. Über den Projektantrag hinausgehend, haben sie aber auch wichtige Ergebnisse zum Verständnis der H2 Adsorption auf Si(001) und C(001) Oberflächen beigetragen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Metallization of the 3C-SiC(001)-(3x2) surface induced by hydrogen adsorption: A firstprinciples investigation. Phys. Rev. B 72, 245320 (2005)
X. Peng, P. Krüger, J. Pollmann
- Hydrogen-induced metallization of the 3C-SiC(001)-(3x2) surface. Surf. Sci. 600, 3564 (2006)
X. Peng, P. Krüger, J. Pollmann
- Structural and Electronic Properties of Clean and Adsorbate-Covered (001) Surfaces of Cubic SiC. NIC Series, Volume 32, 135 (2006)
X. Peng, J. Wieferink, P. Krüger, J. Pollmann
- Hydrogenated SiC(001)-(3x2) surface: Semiconducting and metallic structures. Phys. Rev. B 76, 125303 (2007)
X. Peng, P. Krüger, J. Pollmann
- Why thermal H2 molecules adsorb on SiC(001)-c(4x2) and not on SiC(001)-(3x2) at room temperature. Phys. Rev. B 75, 073409 (2007)
X. Peng, P. Krüger, J. Pollmann
