氮空位引起的氮化铟相变—第一性原理研究

发布时间：2017-04-12 13:10

  本文关键词：氮空位引起的氮化铟相变—第一性原理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：窄带隙的半导体纳米材料在光电、生物,医学等众多领域都展现出了良好的应用前景,因此也在学术界和工业界吸引了大量的关注。氮化铟作为一种窄带隙的半导体材料,其在太阳能电池、激光器等领域有着巨大的潜在应用价值,高质量的氮化铟纳米材料,例如纳米薄膜和纳米颗粒可以给器件带来更好的性能,因此制备高质量的氮化铟纳米材料一直是工业界和学术界研究的一个热点问题。Chen Zhuo研究组结合了传统的液相合成方法和气相合成方法,在二氧化硅外壳的包裹下合成了具有一致球体形状的立方闪锌矿相氮化铟纳米颗粒。研究人员发现通过改变二氧化硅外壳的厚度可以调控氮化铟纳米颗粒的晶体结构:当二氧化硅外壳较厚,约为3至5纳米的时候,合成的氮化铟纳米颗粒是立方闪锌矿相的;而当二氧化硅外壳逐渐变薄的过程中,氮化铟纳米颗粒的相会逐渐变成立方闪锌矿相和六角相的混合相,最后完全变为六角相。事实上在其他合成氮化铟纳米材料的过程中,六角相和立方闪锌矿相的共存和转化也广泛存在,研究清楚这两个相的共存和转化机制对于制备高质量的氮化铟纳米材料有着很重要的意义。压强是导致材料发生相变的最常见的因素之一,氮化铟材料在外压下发生相变也有着很多的研究,事实上六角相和立方闪锌矿相在正压下都会转变成立方氯化钠相,但是六角相并不会直接转变成立方闪锌矿相。通过晶格常数等的计算我们原本预计负压下会发生六角相到立方闪锌矿的相比,但是本文的计算结果显示,负压下也没有发生预期的转变。由于Chen Zhuo研究组的实验过程对温度有明显的要求和依赖,而且温度也是发生相变的可能因素之一,于是本文对温度导致相变也进行了相关的理论实验计算和研究,但是发现温度也不是导致相变发生的原因。最后发现,因为二氧化硅外壳导致氮源,即氨气难以进入反应环境与氧化铟发生反应,而在氮缺乏的反应条件下形成的氮空位才是最后导致相变发生的原因。如此的结论对于制备高质量氮化铟纳米材料中需要注意的问题具有直接而重要的指导意义。
【关键词】：氮化铟 相变 氮空位
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.2;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 本论文的研究背景10-12
• 1.2 INN纳米材料的相变及合成相关调研12-13
• 1.3 WURTZITE相和ZINC-BLENDE相相变的相关调研13-15
• 1.4 本文的安排和作者的工作概要15-16
• 第2章 第一性原理计算方法概述16-30
• 2.1 第一性原理计算——经典理论16-21
• 2.1.1 第一步近似——绝热近似（Born-Oppenheimer近似）17-18
• 2.1.2 第二步近似——Hartree近似18
• 2.1.3 第三步近似——Hartree-Fork近似18-21
• 2.2 第一性原理计算——现代密度泛函理论21-26
• 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理21
• 2.2.2 Kohn-Sham方程21-22
• 2.2.3 交换关联泛函22-26
• 2.2.4 布洛赫定理26
• 2.3 第一性原理晶格动力学方法与热力学性质计算26-30
• 2.3.1 密度泛函微扰理论27
• 2.3.2 超胞方法27
• 2.3.3 热力学模型——准谐近似模型27-30
• 第3章 压强和温度的角度——对实验现象的解释30-40
• 3.1 模拟计算参数选取30-34
• 3.1.1 平面波截断能选取30-31
• 3.1.2 布里渊区K点采样密度的选取31-33
• 3.1.3 交换关联势选取33-34
• 3.2 具体计算及结果34-38
• 3.3 总结以及其他可能的原因38-40
• 第4章 空位形成能的角度——对实验现象的解释40-49
• 4.1 方法介绍40-41
• 4.2 计算细节41-48
• 4.2.1 两个相在不同氮空位浓度下的最稳态41-44
• 4.2.2 高浓度氮空位情况下相的稳定性44-47
• 4.2.3 六角相和立方相在不同氮空位浓度下的稳定性比较47-48
• 4.3 结果讨论48-49
• 第5章 总结49-50
• 参考文献50-52
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单52-53
• 致谢53

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本文编号：301341