Ab initio study of the role of hydrogen on diamond epitaxy

Abstract

The reaction pathway and the potential energy curves for the extraction of a hydrogen atom from dihydride and monohydride diamond C(100) surfaces under hydrogen beam irradiation have been obtained by the ab initio pseudopotential method with the Generalized Gradient Approximation (GGA). It was found that a hydrogen atom on the monohydride surface can be extracted with a small activation energy compared with the energy required for associative desorption of an H2 molecule from the monohydride surface with the aid of irradiated hydrogen. It is thus concluded that H beam irradiation promotes hydrogen extraction and lead to the growth rate enhancement in the diamond epitaxy.

水素ビーム照射下での単水素化および2水素化ダイアモンド表面(C(100)面)からの水素脱離に対する反応経路とポテンシャルエネルギー曲線を一般化勾配近似(GGA)のもとで、非経験的擬ポテンシャル法によって求めた。単水素化表面上の水素原子は照射水素の助けによって、水素分子の結合的脱離エネルギーに比較して小さな活性化エネルギーで脱離されることがわかった。すなわち、水素ビーム照射は水素脱離を促進し、ダイアモンド・エピタキシーの成長率を高めると結論づけられる。