Теоретическое исследование влияния допирования поверхности Si (100) на сорбцию и диффузию лития

В настоящее время перспективным анодным материалом нового поколения считается кремний, поскольку он имеет самую высокую теоретическую удельную емкость (4200 мАч/г). Однако одной из проблем, препятствующих широкому использованию данного материала, является медленная диффузия лития с поверхности кремния в объем, которая может быть решена с помощью модификации поверхности кремния. Проведено моделирование поверхностных процессов сорбции и диффузии лития в допированной поверхности Si (100) с помощью метода функционала плотности. В ходе исследования допирования Si (100) одиночными атомами B, Ga, Ge выявлено, что для всех выбранных нами допантов наиболее выгодны положения замещения кремния, а не адсорбции. Энергия связи допанта с пластиной кремния ослабевает в ряду от германия к галлию. Найдено, что атом бора замещает атом третьего слоя кремния, а германий и галлий занимают положение в первом слое. Тенденция первоначальной сорбции атомов лития в канале между димерами по сравнению с чистым материалом сохраняется и при допировании одиночными атомами B, Ga, Ge. Наблюдается значительное снижение (в случае бора) и увеличение (для галия и германия) энергетических барьеров перехода атома лития по поверхности кремниевой пластины. Величины энергетических барьеров перехода L-U с поверхности в приповерхностные слои при допировании возрастают на 0,05 эВ, что свидетельствует о замедлении данной стадии. В результате работы было обнаружено, что допирование бором, галлием и германием (концентрация составляет 0,3 атомных %) поверхности Si (100) не оказывает значительного влияния на сорбционные и диффузионные параметры.