The reconstructed and Na-adsorbed Si(100) surfaces are studied using a first-principles pseudopotential method. On the reconstruction of Si(100) surface, it is found that the buckled geometry of the asymmetric dimer leads to the reduction of the band energy, thus its energy is lower by 0.15 eV/dimer than that for the symmetric dimer. The higher order p($2\times2$) and c($4\times2$) reconstructions are energetically more favorable by 0.1 eV/dimer lower than the ($2\times1$) structure. These geometries show that the antiferromagnetic arrangement of dimers makes a gain in electrostatic energy through dipole-dipole interactions between dimers while the zig-zag buckling lowers the strain due to dimerization. However, between the p($2\times2$) and c($4\times2$) structures no appreciable energy difference exists. The band structures of the asymmetric dimers reveal semiconducting features with the indirect band gap energies of 0.1 eV for the ($2\times1$), 0.2 eV for the p($2\times2$), and 0.25 eV for the c($4\times2$) structures. For Na-adsorbed Si(100) surfaces, we choose the p($2\times2$) structure as substrate surface and investigate the preference of Na adsorption site, the character of bonding between Na and Si, and the saturation coverage. At the coverage of 0.5, the valley bridge site is found to be lowest in energy: 0.16 eV and 0.07 eV lower than the pedestal and cave sites, respectively. At the coverage of 1.0, the double layer model with the Na atoms at the valley bridge and pedestal sites is supported. The nature of Na-Si bond is found to be covalent rather than ionic. From the calculated formation energies, we suggest that the saturation coverage should be 1.0.
제일원리 쑤도포텐셜 방법을 사용하여 Si(100)표면의 재결합과 이 표면위에 Na이 흡착되었을때의 구조에 대해 연구하였다. Si(100)표면의 재결합의 경우 비대칭 다임어 모델 (asymmetric dimer model)이 대칭 다임어 모델(symmetric dimer model)에 비해 0.15 eV/dimer 정도 더 낮은 에너지를 보였고, 고차 재결합 모델인 p($2\times2$)와 c($4\times2$)구조는 다임어(dimer)의 뒤틀림(buckling)이 다임어 열방향을 따라 교대로 일어나 스트레인(strain)을 낮추고, 쌍극자 상호작용을 통해 ($2\times1$)구조에 비해 더욱 안정화됨을 알수 있었다. Na이 Si(100)-p($2\times2$) 표면에 흡착되었을때, Na의 표면 점유율에 따라 흡착 자리의 안정도, Na과 Si의 결합특성, 포화 점유율 등을 조사하였다. 점유율이 0.5일때 Na이 밸리 브리지(valley bridge) 자리에 흡착될때, 페데스탈 (pedestal) 자리에 비해 0.16 eV, 케이브 (cave) 자리에 비해 0.07 eV 더 낮은 에너지를 보였다. 점유율이 1.0 일때는 밸리 브리지와 페데스탈 자리에 흡착되는 구조인 이중 층상 모델(double layer model)이 가장 낮은 에너지를 가졌다. Na과 Si의 결합 특성은 이온 결합보다는 공유 결합이 적합함℃? 알 수 있었다. 또한 계산된 형성 에너지(formation energy)로 부터 포화 점유율이 1.0이 되어야 함을 제안하였다.
