掺杂ZnO及InP半导体的电子结构及磁性研究

发布时间：2018-05-12 23:15

  本文选题：第一性原理 + 掺杂　； 参考：《北京邮电大学》2015年硕士论文

【摘要】：稀磁半导体,尤其是当它们在室温下可以呈现铁磁性时,在新型功能器件中具有很大的应用潜力。在稀磁半导体中,ZnO纳米线因为其良好的性质以及在应用中的潜力,故而被广泛关注。目前已经有不少对过渡金属掺杂ZnO纳米线的稀磁半导体理论上和实验上的研究。Ⅲ-Ⅴ族半导体常用于近红外波长范围的光电器件中,是一种重要的材料。InP是一种重要的Ⅲ-Ⅴ族半导体光电子材料,它有着能量转换效率高、禁带宽度低以及电子迁移率高等优秀特性,这些特点使得InP在很多领域都有着广泛应用。 在本篇论文中,我们的工作围绕掺杂ZnO和InP半导体,主要分为以下两个部分： 1.基于密度泛函理论的第一性原理,系统地计算和分析了过渡金属V掺杂加H钝化ZnO纳米线稀磁半导体的磁性性质。在这部分,我们分别对本征ZnO纳米线和掺杂后纳米线的总态密度图和分波态密度图进行讨论。在对态密度图分析中,发现V3d和O2p态之间的强烈p-d杂化使得V掺杂ZnO纳米线的耦合性呈现铁磁性,同时因为态密度图中在费米能级附近出现上自旋极化,所以掺杂后的ZnO纳米线呈现半金属性。此外,工作中考虑了单轴应变对掺杂后ZnO纳米线的磁性的影响,单轴应变的加入会对不同构型中的△E产生影响,△E随着应变发生不同的改变,从而会导致铁磁性和反铁磁性之间的转换。所以得到结论,单轴应变可以对V掺杂加H钝化ZnO纳米线的磁性性质产生明显的影响,这为人们提供了一种设计高居里温度稀磁半导体的方法。与此同时,我们在理论计算中得到了掺杂V的加H钝化ZnO的多种磁耦合性,这说明了V掺杂加H钝化ZnO有着良好的磁性性质。 2.主要研究了Bi掺杂InP半导体的电子结构及其影响机制,所有的结构优化和电子性质的计算都是在密度泛函理论的框架下进行。考虑了Bi掺杂的各种位置,从而构建了多种模型进行比较,之后对模型计算形成能,然后深入分析InPBi的态密度和电荷密度。在这个过程中,为了和掺杂后InP体系进行对比,文章中还计算了本征InP的态密度图和电荷密度,通过增加Bi原子浓度,对比掺杂后的各个模型的态密度和电荷密度,得到了以下结论：在掺入了Bi原子的InPBi体系中,In-P间的s-p杂化会变小,同时Bi-6p带会与In-5s带发生重叠,从而导致了In-P间的化学键的减弱。随Bi原子浓度增加,InPBi能带减小而且出现金属化趋势,此外,能带边会随着Bi原子浓度的提高而向右移动。最后,考虑了双轴应变对电子结构的影响,并以InPBi为例子进行计算。当施加了双轴应变以后,In24P23Bi能带带隙从非直接变成了直接带隙。
[Abstract]:Diluted magnetic semiconductors, especially when they can exhibit ferromagnetism at room temperature, have great application potential in new functional devices. ZnO nanowires in dilute magnetic semiconductors have attracted wide attention due to their good properties and potential applications. At present, there are many theoretical and experimental studies on dilute magnetic semiconductors doped with transition metal (ZnO) nanowires. 鈪，

本文编号：1880577