TWI805455B - 異質界面接合結構的預測系統 - Google Patents
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Abstract
一種異質界面接合結構的預測系統，用以評估具有一基板及一薄膜的異質材料，包含一分別建立該基板與該薄膜的晶體結構模型，並取得於特定結晶平面的c軸原子位置數值的原子位置建立模組、一用以建立該基板與該薄膜可能形成的多組真空層晶體結構模型的真空層晶體結構建立模組、一用以取得多組接合前晶體結構組合的位移調整模組、一用以建立多組異質接面晶體結構的晶體結構組合模組、一計算每一異質接面晶體結構之異質界面處的單位面積的總鍵焓值的異質界面分析模組，及一據以比對每一異質界面處之單位面積的總鍵焓值，以預測該異質界面之穩定結構的比對單元。
Description
本發明是有關於一種預測材料結構的預測系統，特別是指一種用以預測異質材料之接合界面結構的預測系統。
隨著科技發展，人們對於元件的材料選擇不再只局限於單一材料的使用，例如異質材料即是透過結合兩種以上不同結構性質的材料，以形成更具優勢的全新材料，而例如半導體晶片或是太陽能電池等異質材料元件即是利用本身異質界面的結構性質(例如晶格排列、表面極性等)來提升元件的結構穩定性或是光電性質。隨著研究發展，異質材料的材料選擇越發多元，其異質界面可能呈現的結構型態也越發複雜。因此，在相關領域中，如何短時間且高通量地分析取得其異質界面可能形成的晶體結構，以及穩定型態的預測為材料開發的重要手段之一。
然而，在該異質材料以不同材料結構所劃分的異質界面，由於該異質界面處是處於兩異質相維持能量平衡的狀態，難以經由簡單的實驗方法直接測量得到該異質材料的異質界面結構及其界面能。目前常見的異質界面結構之界面能的計算方式主要為透過利用計算該異質材料於該異質界面處接合以及分離所需的能量差取得，或是分別計算該異質材料於不同厚度時的塊體能量與表面能差異，據以推估該異質材料的界面能，之後，再依據計算取得的界面能推估可能形成的異質界面結構，然而，前述常用的計算方式仍需要憑藉研發人員深厚的專業背景才得以實施，因此，如何簡化異質材料之異質界面結構的預測方式並且透過預測的方式以減少在材料研發於實驗上所耗費的成本，則為本案的重點。
因此，本發明的目的，即在提供一種異質界面接合結構的預測系統，用以評估一異質材料的接合界面結構。
於是本發明異質界面接合結構的預測系統，用以評估一異質材料的接合界面結構，該異質材料具有一基板，及一以磊晶成長方式形成於該基板上的薄膜，該預測系統供用於預測該基板與該薄膜的接合界面結構，該預測系統包含一原子位置建立模組、一真空層晶體結構建立模組、一位移調整模組、一晶體結構組合模組、一異質界面分析模組，及一比對單元。
該原子位置建立模組供用以輸入該基板與該薄膜的材料組成，以及米勒指數，並據以分別建立該基板與該薄膜的至少一種晶體結構模型，以及該晶體結構模型對應於一特定結晶平面的多個c軸原子位置數值，其中，該基板與該薄膜的晶體結構模型均分別具有至少二週期性排列之單位晶胞，該等c軸原子位置數值是用以表示每一種晶體結構模型於該特定結晶平面的單位晶胞內鄰近於該接合界面，且位於一c軸方向排列之原子層的原子座標值，其中，該c軸方向為平行於該薄膜的磊晶成長方向，並與該接合界面垂直。
該真空層晶體結構建立模組與該原子位置建立模組訊號連接，可依據該基板與該薄膜的該等晶體結構模型，及該等c軸原子位置數值分別建立該基板與該薄膜所有可能形成的多組真空層晶體結構模型，其中，每一組真空層晶體結構模型具有多層與該接合界面平行且沿該c軸方向排列的真空層，並計算取得分別來自該基板與該薄膜的每一組真空層晶體結構模型的任兩相鄰的真空層間的平面間距。
該位移調整模組與該真空層晶體結構建立模組訊號連接，分別自該基板的該等真空層晶體結構模型，及該薄膜的該等真空層晶體結構模型各自選出其中一者兩兩配對組合，並各自調整用以配對組合的該兩個真空層晶體結構模型的該等真空層之間的平面間距，以得到多組接合前晶體結構組合，且每一接合前晶體結構組合具有二分別來自該基板及該薄膜且經調整其平面間距的接合前真空層晶體結構模型。
該晶體結構組合模組與該位移調整模組訊號連接，用以調整每一接合前晶體結構組合的該等接合前真空層晶體結構模型沿一與該c軸方向垂直的水平方向移動，以調整該等真空層之間的水平位移距離，使該基板與該薄膜的接合前真空層晶體結構模型以各自的接合界面彼此鍵結而形成一異質界面，以建立一異質接面晶體結構。
該異質界面分析模組與該晶體結構組合模組訊號連接，依據每一異質接面晶體結構形成的鍵結以第一原理方式計算得到該異質界面處的單位面積的總鍵焓值。
該比對單元與該異質界面分析模組訊號連接，據以比對每一異質接面晶體結構之異質界面處的單位面積的總鍵焓值，以預測該異質材料於該異質界面處的接合界面結構。
本發明的功效在於：本案的預測系統僅需輸入該異質材料的該薄膜與該基板的材料組成及米勒指數，即可建立該異質材料的異質界面所有可能形成的該等異質接面晶體結構，再利用該異質界面分析模組計算取得每一異質接面晶體結構之異質界面處的的單位面積的總鍵焓值，即可經由該比對單元進行比對，以此得知該異質界面的穩定結構。
在本發明被詳細描述前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。此外，要說明的是，本發明圖式僅為表示元件間的結構及/或位置相對關係，與各元件的實際尺寸並不相關。
參閱圖1，本發明異質界面接合結構的預測系統，用以評估一異質材料，該異質材料具有一基板，及一以磊晶成長方式形成於該基板上的薄膜，該預測系統供用於預測該基板與該薄膜的接合界面結構，並包含一原子位置建立模組2、一真空層晶體結構建立模組3、一位移調整模組4、一晶體結構組合模組5、一異質界面分析模組6，及一比對單元7。
該原子位置建立模組2供用以輸入該基板與該薄膜的材料組成與米勒指數，據以分別建立該基板與該薄膜的至少一種晶體結構模型，且該基板與該薄膜的晶體結構模型均分別具有至少二週期性排列之單位晶胞。該原子位置建立模組2依據所建立的該至少一晶體結構模型計算取得於每一晶體結構模型於一特定結晶平面，且沿一c軸方向的多個c軸原子位置數值，是用以表示每一種晶體結構模型於該特定結晶平面的單位晶胞內鄰近於該接合界面，且位於該c軸方向排列之原子層的原子座標值。其中，該c軸方向為平行於該薄膜的磊晶成長方向，並與該接合界面垂直。其中，該特定結晶平面是依據所輸入的米勒指數定義而成，而依據輸入於該原子位置建立模組2的米勒指數不同，可據以建立該特定結晶平面位於不同晶面方向的多種晶體結構模型。
在本實施例中，該原子位置建立模組2可以選自VASP(Vienna Ab initio Simulation Package)、Materials Studio、CASTEP(CAmbridge Serial Total Energy Package)、WIEN2k、Gaussian、Cif2cell，或是Crystal等計算模擬軟體，但並不以此為限。
該真空層晶體結構建立模組3與該原子位置建立模組2訊號連接，可依據該基板與該薄膜的該等晶體結構模型，及該等c軸原子位置數值，分別建立該基板與該薄膜所有可能形成的多組真空層晶體結構模型。其中，每一組真空層晶體結構模型具有多層與該接合界面平行且沿該c軸方向排列的真空層。該真空層晶體結構建立模組3可據以分別計算取得來自該基板與該薄膜的每一組真空層晶體結構模型的任兩相鄰的真空層間的平面間距。要說明的是，該基板與該薄膜的每一組真空層晶體結構模型是在以省略與外界或是磊晶層之間的交互作用的前提下所建立的晶體結構模型，用以表示該基板與該薄膜位於該接合界面之所有可能形成的晶體結構型態。在本實施例中，該真空層晶體結構建立模組3可以與該原子位置建立模組2為相同或不同的計算模擬軟體，且可選自VASP(Vienna Ab initio Simulation Package)、Materials Studio、CASTEP (CAmbridge Serial Total Energy Package)、WIEN2k、Gaussian、Cif2cell，或是Crystal等，但並不以此為限。
該位移調整模組4與該真空層晶體結構建立模組3訊號連接，分別自該基板的該等真空層晶體結構模型，及該薄膜的真空層晶體結構模型各自選出其中一者兩兩配對組合，且彼此配對組合的該兩個真空層晶體結構模型，其作為接合界面的結晶平面分別與該基板的特定結晶平面，及該薄膜的特定結晶平面兩兩互相平行。之後，該位移調整模組4用以使該兩個配對組合的真空層晶體結構模型沿該c軸方向位移，以此調整該等真空層之間的平面間距，以調整該兩個真空層晶體結構模型沿該c軸方向上的相對距離，以得到多組接合前晶體結構組合，且每一接合前晶體結構組合具有二分別來自該基板及該薄膜的接合前真空層晶體結構模型。
該晶體結構組合模組5與該位移調整模組4訊號連接，用以調整每一接合前晶體結構組合的該兩個接合前真空層晶體結構模型沿一與該c軸方向垂直的水平方向移動，以調整該等真空層之間的水平位移距離。具體的說，該兩個接合前真空層晶體結構模型是沿一與該c軸方向垂直的一a軸方向及/或一b軸方向位移，以調整該兩個接合前真空層晶體結構模型平行於該接合界面的相對位置，使該基板與該薄膜的接合前真空層晶體結構以各自的接合界面彼此鍵結而形成一異質界面，且該異質界面處的晶體結構是以特定結構為單位連續且有序地排列構成。其中，該a軸方向與該b軸方向平行於該基板與該薄膜的接合界面，並垂直於該c軸方向。在本實施例中，該晶體結構組合模組5，及該位移調整模組4分別可以與該原子位置建立模組2為相同或不同的計算模擬軟體，且可選自VASP (Vienna Ab initio Simulation Package)、Materials Studio、CASTEP (CAmbridge Serial Total Energy Package)、WIEN2k、Gaussian、Cif2cell，或是Crystal等，但並不以此為限。
該異質界面分析模組6與該晶體結構組合模組5訊號連接，依據每一異質接面晶體結構形成的鍵結以第一原理方式計算得到該異質界面處的單位面積的總鍵焓值。詳細地說，該異質界面分析模組6是以密度泛函理論為基礎的第一原理(First-principles or
Ab initio)方法進行計算，以取得構成該異質接面晶體結構之每一種鍵結組合的鍵能(鍵焓值)，並據以計算取得每一鍵結組合的鍵焓值，再據以計算取得該異質接面晶體結構對應於該基板的單位晶胞的投影面積內，所形成的所有鍵結組合之鍵焓值總和，以此得知該異質界面處之單位面積的總鍵焓值。其中，每一鍵結組合為雙原子分子鍵結，且該雙原子分子鍵結是由分別來自該薄膜之材料組成的其中一原子，以及來自該基板之材料組成的其中一原子彼此鍵結形成。要說明的是，每一鍵結組合的鍵焓值是用以量化該基板與該薄膜之原子之間的鍵結強度，因此，當分別來自該基板與該薄膜的原子彼此鍵結時會產生放熱，此時所生成的該鍵結組合的鍵焓值為負值，且放出的熱越多(鍵焓值越低)，所形成之鍵結組合的結合力越強也越穩定。
在本實施例中，該異質接面晶體結構之異質界面處的單位面積的總鍵焓值是該異質界面的晶體結構的鍵結為氣相狀態時的鍵焓值總和。其中，該異質界面分析模組6可以選自VASP(Vienna Ab initio Simulation Package)、Materials Studio、CASTEP (CAmbridge Serial Total Energy Package)、WIEN2k、Gaussian、Cif2cell，或是Crystal等模擬計算軟體，但並不以此為限。
該比對單元7與該異質界面分析模組6訊號連接，據以比對每一異質接面晶體結構之異質界面處計算得到的單位面積的總鍵焓值，其中，其單位面積的總鍵焓值最低者的異質接面晶體結構，表示其為該異質材料的異質界面最穩定的晶體結構。
相較於習知需經由複雜的計算方式取得該異質材料之異質界面的界面能才得以推估其接合界面結構，利用本發明該實施例的預測系統僅需透過該原子位置建立模組2輸入該異質材料的該薄膜與該基板的材料組成與米勒指數，即可建立該異質材料的異質界面所有可能形成的該等異質接面晶體結構，再利用該異質界面分析模組6計算取得每一異質接面晶體結構之異質界面處的單位面積的總鍵焓值，即可透過該比對單元7進行比對分析，以得知具有最低單位面積的總鍵焓值的異質接面晶體結構，以此推估該異質界面的穩定結構。
配合參閱圖2、圖3與圖4，茲以下述具體例說明本發明異質界面接合結構的預測系統的實施方式，而可以簡單且高通量地的計算方式取得一異質材料的接合界面所有可能形成的異質接面晶體結構，並據以預測其最為穩定的晶體結構。其中，該異質材料具有一由二硼化鋯(ZrB
2)構成的基板，及一由氮化鎵(GaN)構成的薄膜，且該氮化鎵是沿該c軸方向磊晶成長於該二硼化鋯上。
首先，利用該原子位置建立模組2輸入該基板(二硼化鋯)與該薄膜(氮化鎵)的材料組成，以及米勒指數，據以分別建立該二硼化鋯與該氮化鎵的晶體結構模型，並取得每一晶體結構模型的多組c軸原子位置數值，每一c軸原子位置數值用以表示該二硼化鋯與該氮化鎵的晶體結構模型在一特定結晶平面上的每一原子層沿該c軸方向上的原子座標數值。其中，該二硼化鋯與該氮化鎵之晶體結構模型的特定結晶平面是依據所輸入的米勒指數定義而成。
之後，利用該真空層晶體結構建立模組3依據該二硼化鋯與該氮化鎵的晶體結構模型以及各自的該等c軸原子位置數值，分別建立該二硼化鋯與該氮化鎵於對應該特定結晶平面的多組真空層晶體結構模型，並據以計算取得每一組真空層晶體結構模型之任兩相鄰的真空層間的平面間距。在本具體例中，該真空層晶體結構建立模組3是以建立其(0001)結晶平面(即該特定結晶平面)為接合界面的氮化鎵真空層晶體結構模型，以及二硼化鋯真空層晶體結構模型為例進行說明，用以表示各組真空層晶體結構模型在該(0001)結晶平面鄰近該接合界面之不同真空層結構。
其中，圖3(a)、(b)及圖3(c)僅各自繪製出了該氮化鎵(即該薄膜)及該二硼化鋯(即基板)之(0001)結晶平面的真空層晶體結構模型的單位晶胞結構。且圖3(a)、(b)為分別顯示該薄膜(GaN)的Ga極性(Ga-polar)及N極性(N-polar)的真空層晶體結構沿該接合界面切平面的c軸原子位置，且鄰近於該接合界面之鎵原子的真空層及氮原子的真空層分別以G1、G4及G2、G3表示；圖3(c)為顯示該基板(ZrB
2)沿該接合界面切平面的c軸原子位置，且鄰近該接合界面的鋯原子及硼原子的真空層分別以Z1、Z2表示。且該二硼化鋯的真空層晶體結構模型的該等真空層(即該鋯原子的真空層與該硼原子的真空層)之間的平面間距為H1，而該氮化鎵的真空層晶體結構模型的該等真空層(即該鎵原子的真空層與該氮原子的真空層)之間具有兩種不同的平面間距H2、H3。
接著，利用該位移調整模組4分別自該二硼化鋯與該氮化鎵的該等真空層晶體結構模型各自選出其中一者兩兩配對組合，並依據該等真空層之間的平面間距(H1、H2或是H3)，調整用以配對組合的該兩個真空層晶體結構模型沿該c軸方向上的相對距離，以得到接合前晶體結構組合。具體的說，以前述該薄膜之不同類型(Ga-polar、N-polar)的真空層G1、G2、G3、G4作為接合用的薄膜平面，以及該基板之不同類型的真空層Z1、Z2作為接合用的基板平面說明，該位移調整模組4是用以調整該真空層G1、真空層G2、真空層G3、真空層G4、真空層Z1及真空層Z2的平面間距H1、H2和H3，以改變其等真空層間之相對位置，以及該兩個真空層晶體結構模型沿該c軸方向上的相對距離而得到該等接合前晶體結構組合。前述，每一接合前晶體結構組合各自具有一組氮化鎵的接合前真空層晶體結構模型，及一組二硼化鋯的接合前真空層晶體結構模型。
然後，利用該晶體結構組合模組5調整每一接合前晶體結構組合的該兩個接合前真空層晶體結構模型之間的該水平位移距離L1，以調整該兩個接合前真空層晶體結構沿該a軸方向及/或b軸方向上的相對位置，使該二硼化鋯與該氮化鎵的接合前真空層晶體結構模型以各自的接合界面(結晶平面(0001))彼此鍵結，而形成該異質材料的異質界面，以建立該等異質接面晶體結構。
具體的說，本具體例的該位移調整模組4以及該晶體結構組合模組5是利用位移調整該氮化鎵與該二硼化鋯的真空層晶體結構模型，並利用塊體鍵結結構來推測所有可能的界面鍵結模型。前述以結晶平面(0001)作為該異質界面(GaN(0001)/ZrB2(0001))的異質接面晶體結構透過其平面間距H1~H3作為位移高度，以及水平位移距離L1可分別建立32組異質接面晶體結構。其中，依據位移高度為H1可建立8組異質接面晶體結構：Model G1Z1H1(代表接合界面為真空層G1、真空層Z1，位移高度為H1)、Model G2Z1H1(代表接合界面為真空層G2、真空層Z1，位移高度為H1)、Model G3Z1H1(代表接合界面為真空層G3、真空層Z1，位移高度為H1)、Model G4Z1H1(代表接合界面為真空層G4、真空層Z1，位移高度為H1)、Model G1Z2H1(代表接合界面為真空層G1、真空層Z2，位移高度為H1)、Model G2Z2H1(代表接合界面為真空層G2、真空層Z2，位移高度為位移H1)、Model G3Z2H1(代表接合界面為真空層G3、真空層Z2，位移高度為位移H1)、Model G4Z2H1(代表接合界面為真空層G4、真空層Z2，位移高度為位移H1)。類似地，依據位移高度H2可建立8組異質接面晶體結構：G1Z1H2、G2Z1H2、G3Z1H2、G4Z1H2、G1Z2H2、G2Z2H2、G3Z2H2、G4Z2H2；依據位移高度H3可建立8組異質接面晶體結構：G1Z1H3、G2Z1H3、G3Z1H3、G4Z1H3、G1Z2H3、G2Z2H3、G3Z2H3、G4Z2H3；依據水平位移距離L1可建立8組異質接面晶體結構模型：G1Z1L1、G2Z1L1、G3Z1L1、G4Z1L1、G1Z2L1、G2Z2L1、G3Z2L1、G4Z2L1。其中，圖4(a)、圖4(b)分別僅繪製出了其中一組接合前晶體結構組合(G4Z1H3)，以及一組異質接面晶體結構(G4Z1H3)為例做說明。
之後，利用該異質界面分析模組6以第一原理方式計算得到前述每一異質接面晶體結構之單位面積產生之所有鍵結的鍵焓值。
詳細地說，在本具體例中，依據該晶體結構組合模組5所建立的該等異質接面晶體結構可以得知，該異質材料的異質界面有4種可能形成的鍵結組合(Ga-B、Ga-Zr、N-B，及N-Zr)，且每一鍵結組合是由分別來自該基板及該薄膜的其中一原子鍵結形成。該異質界面分析模組6是以第一原理計算基於密度泛函理論，並採用廣義梯度近似法，或是局域密度近似法等演算方式進行運算，取得每一鍵結組合的基態能。之後，該異質界面分析模組6即可依據公式：BDE
0(A-B)=E
0(A-B)-E
0(A)-E
0(B)，即可計算取得每一鍵結組合的鍵焓值，並將結果整理於表1。其中，A、B分別用以表示該基板與該薄膜的原子種類，BDE
0(A-B)為該鍵結組合的鍵焓值，E
0(A-B)為該兩原子(A、B)的最低總能，E
0(A)為該基板原子的自由原子能(Free atom energy)，或是孤立原子能(Isolated atom energy)，E
0(B)為該薄膜原子的自由原子能，或是孤立原子能。之後，依據每一異質接面晶體結構於該異質界面處的所有鍵結組合的鍵焓值進行加總，並除以該異質接面晶體結構之該基板的單位晶胞面積，即可取得於該異質界面處的單位面積的總鍵焓值。
以圖4(b)所示的異質接面晶體結構為例，由圖4(b)可以得知該異質接面晶體結構的異質界面處形成有12對N-Zr的鍵結組合，且該N-Zr鍵結組合依據第一原理計算可以得知其鍵焓值為−6.40eV，因此，具有12個N-Zr鍵的ModelG4Z1H3於該異質界面處的總鍵焓值為−76.80eV，且該基板之晶體結構的單位面積為40.58 Å
2，因此可以得知，該異質接面晶體結構的異質界面處之單位面積的總鍵焓值為-1.89eV/Å
2。類似地，以相同的方式計算取得每一異質接面晶體結構之異質界面處的單位面積的總鍵焓值。
最後，再透過該比對單元7據以比對每一組異質接面晶體結構之異質界面的單位面積的總鍵焓值，其總鍵焓值最低的該組異質接面晶體結構即可視為該異質材料的接合界面最穩定的晶體結構。
具體的說，以前述該32組GaN(0001)/ZrB2(0001)異質接面晶體結構中選取出其中6組異質接面晶體結構為例說明。該6個異質接面晶體結構分別為：Model G4Z1H3、Model G2Z1L1、Model G2Z2H2、Model G3Z2H2、Model G1Z1H1及Model G4Z2H2。該6個異質接面晶體結構於該異質界面處的鍵結組合的種類與數量如下表2所示。
表1
| 鍵結組合 | 鍵焓值(eV) |
| Ga-B | -1.75 |
| Ga-Zr | -1.45 |
| N-B | -4.99 |
| N-Zr | -6.40 |
表2
| Model | 鍵結組合數量 | 總鍵焓值 (eV) | 單位面積內的 總鍵焓值 (eV/Å 2) | |||
| Ga-B | Ga-Zr | N-B | N-Zr | |||
| G4Z1H3 | - | - | - | 12 | -76.8 | -1.89 |
| G2Z1L1 | - | - | - | 4 | -25.6 | -0.63 |
| G2Z2H2 | - | - | 4 | - | -19.96 | -0.49 |
| G3Z2H2 | - | - | 8 | - | -39.92 | -0.98 |
| G1Z1H1 | - | 12 | - | - | -17.40 | -0.43 |
| G4Z2H2 | 4 | - | - | - | -7.00 | -0.17 |
該異質界面分析模組6依據前述鍵焓公式計算取得每一種鍵結組合的鍵焓值(見表1)，乘上各模型之異質界面處的鍵數，並且除以該二硼化鋯基板於結晶片面(0001)之晶胞面積(40.58Å
2)，即可求得該等異質接面晶體結構的異質界面處於單位面積的總鍵焓值(見表2)，其由低至高排序的排列順序為：ModelG4Z1H3 (-1.89eV/Å
2) ＞ ModelG3Z2H2 (-0.98eV/Å
2) ＞ ModelG2Z1L1 (-0.63eV/ Å
2) ＞ ModelG2Z2H2 (-0.49eV/Å
2) ＞ ModelG1Z1H1(-0.43eV/Å
2) ＞ ModelG4Z2H2 (-0.17eV/Å
2)，結果表明，於其異質界面處具有12個N-Zr鍵結組合的Model G4Z1H3具有最低的總鍵焓值-76.80eV(單位面積的總鍵焓值為-1.89eV/Å
2)，而可預測其具有最低鍵焓值的ModelG4Z1H3為該6個異質接面晶體結構模型中最有可能形成且最穩定的接合界面結構配置。且該具體例所取得的預測結果，以及該6個異質接面晶體結構模型之鍵焓值的大小順序，與以現有的計算分析方式計算取得各模型之異質界面處的界面能的大小順序的結果一致。
綜上所述，本發明異質界面接合結構的預測系統僅需自該原子位置建立模組2輸入該異質材料的該薄膜與該基板的材料組成及米勒指數，即可建立該異質材料的異質界面所有可能形成的異質接面晶體結構，再利用該異質界面分析模組6計算取得每一異質接面晶體結構之晶體結構的單位面積的總鍵焓值，並透過該比對單元7進行比對分析，即可得知該異質界面的穩定結構，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
2:原子位置建立模組
3:真空層晶體結構建立模組
4:位移調整模組
5:晶體結構組合模組
6:異質界面分析模組
7:比對單元
a:a軸方向
b:b軸方向
c:c軸方向
Z1、Z2:真空層
G1、G2、G3、G4:真空層
H1、H2、H3:平面間距
L1:水平位移距離
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方中清楚地呈現，其中： 圖1是一示意圖，說明本發明異質界面接合結構的預測系統的一實施例； 圖2是一流程示意圖，說明執行該預測系統的實施流程； 圖3是一示意圖，說明一異質材料的一基板與一薄膜的真空層晶體結構模型；及 圖4是一示意圖，說明由該基板與該薄膜的其中一組真空層晶體結構配對組成的一接合前晶體結構組合，以及彼此接合後建立的一異質接面晶體結構。
2:原子位置建立模組
3:真空層晶體結構建立模組
4:位移調整模組
5:晶體結構組合模組
6:異質界面分析模組
7:比對單元
Claims (4)
- 一種異質界面接合結構的預測系統，用以評估一異質材料的接合界面結構，該異質材料具有一基板，及一以磊晶成長方式形成於該基板上的薄膜，該預測系統供用於預測該基板與該薄膜的接合界面結構，該預測系統包含： 一原子位置建立模組，供用以輸入該基板與該薄膜的材料組成，以及米勒指數，並據以分別建立該基板與該薄膜的至少一種晶體結構模型，以及該晶體結構模型對應於一特定結晶平面的多個c軸原子位置數值，其中，該基板與該薄膜的晶體結構模型均分別具有至少二週期性排列之單位晶胞，該等c軸原子位置數值是用以表示每一種晶體結構模型於該特定結晶平面的單位晶胞內鄰近於該接合界面，且位於一c軸方向排列之原子層的原子座標值，其中，該c軸方向為平行於該薄膜的磊晶成長方向，並與該接合界面垂直； 一真空層晶體結構建立模組，與該原子位置建立模組訊號連接，可依據該基板與該薄膜的該等晶體結構模型，及該等c軸原子位置數值分別建立該基板與該薄膜所有可能形成的多組真空層晶體結構模型，其中，每一組真空層晶體結構模型具有多層與該接合界面平行且沿該c軸方向排列的真空層，並計算取得分別來自該基板與該薄膜的每一組真空層晶體結構模型的任兩相鄰的真空層間的平面間距； 一位移調整模組，與該真空層晶體結構建立模組訊號連接，分別自該基板的該等真空層晶體結構模型，及該薄膜的該等真空層晶體結構模型各自選出其中一者兩兩配對組合，並各自調整用以配對組合的該兩個真空層晶體結構模型的該等真空層之間的平面間距，以得到多組接合前晶體結構組合，且每一接合前晶體結構組合具有二分別來自該基板及該薄膜且經調整其平面間距的接合前真空層晶體結構模型； 一晶體結構組合模組，與該位移調整模組訊號連接，用以調整每一接合前晶體結構組合的該等接合前真空層晶體結構模型沿一與該c軸方向垂直的水平方向移動，以調整該等真空層之間的水平位移距離，使該基板與該薄膜的接合前真空層晶體結構模型以各自的接合界面彼此鍵結而形成一異質界面，以建立一異質接面晶體結構； 一異質界面分析模組，與該晶體結構組合模組訊號連接，依據每一異質接面晶體結構形成的鍵結以第一原理方式計算得到該異質界面處的單位面積的總鍵焓值；及 一比對單元，與該異質界面分析模組訊號連接，據以比對每一異質接面晶體結構之異質界面處的單位面積的總鍵焓值，以預測該異質材料於該異質界面處的接合界面結構。
- 如請求項1所述的異質界面接合結構的預測系統，其中，該異質界面處的單位面積的總鍵焓值是該異質界面的晶體結構的鍵結於氣相狀態時的鍵焓值總和。
- 如請求項1所述的異質界面接合結構的預測系統，其中，該晶體結構組合模組沿一a軸方向及/或一b軸方向調整該等接合前真空層晶體結構模型的相對位置，以形成該異質結晶體結構，且該a軸方向與該b軸方向平行於該接合界面，並與該c軸方向垂直。
- 如請求項1所述的異質界面接合結構的預測系統，其中，該異質界面分析模組是以密度泛函理論為基礎的第一原理計算取得每一異質接面晶體結構於該異質界面處的單位面積的總焓值。
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| TW202223719A (zh) * | 2020-12-14 | 2022-06-16 | 國立中興大學 | 異質材料之接合面結構的預測方法 |
-
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