基于实验信息的原子层沉积生长非晶 TiO2 薄膜结构优化
材料科学
2024-01-17 v1
摘要
非晶二氧化钛 TiO2 (a-TiO2) 已被广泛研究，特别是作为半导体上的保护层以防止腐蚀并促进光电化学反应中的电子 - 空穴传导。a-TiO2 的稳定性和寿命深受厚度和结构异质性的影响，这意味着理解 a-TiO2 的结构性质对于提高性能至关重要。本研究表征了通过原子层沉积 (ALD) 在 Si 上生长的 a-TiO2 薄膜 (~17nm) 的结构和电子性质。利用四维扫描透射电子显微镜 (4D-STEM) 确定了涨落谱 V(k) 和角关联函数，揭示了 a-TiO2 薄膜中独特的中程有序。 guided by 中程有序以及先前报道的 a-TiO2 薄膜短程有序和原子间势，建立了真实的 a-TiO2 原子模型。该结构使用 StructOpt 代码通过遗传算法进行优化，该算法同时最小化能量并最大化与实验短程和中程有序的匹配度。与传统的熔体淬火模型相比，StructOpt a-TiO2 模型在中程有序以及主导的 2 重角关联的 k 空间位置方面表现出更好的一致性。通过从头算计算研究了 StructOpt a-TiO2 模型的电子结构，并与晶相及实验结果进行了比较。本工作揭示了 a-TiO2 薄膜中的中程有序，并提供了一个真实的 a-TiO2 结构模型，用于进一步研究结构 - 性能关系和材料设计。此外，还提供了改进的多目标优化包 StructOpt，用于由实验和模拟指导的复杂材料结构测定。
引用
@article{arxiv.2401.07953,
title = {Experimentally informed structure optimization of amorphous TiO2 films grown by atomic layer deposition},
author = {Jun Meng and Mehrdad Abbasi and Yutao Dong and Corey Carlosa and Xudong Wang and Jinwoo Hwang and Dane Morgan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.07953},
year = {2024}
}
备注
11 pages, 8 figures, submitted to Nanoscale