InSb和GaSb纳米线电子结构特性的第一性原理计算

发布时间：2018-01-30 14:27

  本文关键词： 半导体 纳米线 InSb GaSb 第一性原理 能带结构　出处：《湖南大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：国际半导体技术路线图中明确指出研制可控生长半导体纳米线及其高性能器件是当代半导体工业在纳米CMOS和后CMOS时代的一个具有挑战性的科学任务。基于Ⅲ-Ⅴ族化合物的半导体纳米线是研制高性能纳米器件的主要材料,其中锑化铟(InSb)和锑化镓(GaSb)材料两者分别是n-型和p-型迁移率最高的材料,对制备成高性能纳米线器件具有很大的潜力。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了3d过渡金属离子掺杂纤锌矿结构(WZ)InSb纳米线的磁学特性和不同晶体结构、量子尺寸效应和单轴应力对GaSb纳米线能带结构的影响,获得的结果如下:首先,研究了3d过渡金属离子掺杂InSb纳米线的磁性。结果表明:(1)用Ti、V、Cr和Mn离子掺杂InSb纳米线,产生的磁矩来自于3d离子各自相对应的3d轨道自由电子数,然而,用Ni、Cu和Zn离子掺杂则不能产生自旋极化。(2)大多数3d离子掺杂InSb展现出施主、受主双重特性,而Ti离子和Mn离子掺杂InSb纳米线分别展现出明显的施主和受主特性。(3)虽然Mn掺杂InSb纳米线和Ge掺杂InSb纳米线同属于受主能级掺杂,却显示出不同的自旋极化特性。Mn掺杂InSb纳米线产生了最大的自旋极化和自旋劈裂,然而,Ge掺杂InSb纳米线则不产生自旋极化。(4)双Mn离子共掺杂使InSb纳米线实现了由半导体到金属的转变。然而,在反铁磁性耦合中纳米线依然维持半导体能带特性,而Mn掺杂InSb纳米是铁磁性基态。其次,研究了不同晶体结构、尺寸和单轴应力对GaSb纳米线能带结构的影响。结果表明:(1)量子尺寸效应存在,致使GaSb纳米线的能带带隙随着纳米线直径的减小而增大。(2)ZB结构[111]方向和WZ结构[0001]方向均出现了间接带隙的情况。(3)[111]方向各尺寸纳米线均只在单轴拉力的作用下才能实现能带由间接带隙到直接带隙的转变。而[0001]方向各尺寸纳米线在单轴拉力和压力作用下均可实现能带由间接带隙到直接带隙的转变。(4)纳米线载流子的有效质量随纳米线尺寸的减小而增大。同时还发现[0001]方向纳米线电子的有效质量要大于[111]方向纳米线电子的有效质量,然而空穴的有效质量两者的差别不大,并且不同方向各尺寸GaSb纳米线其电子有效质量均大于空穴的有效质量。
[Abstract]:The international semiconductor technology roadmap clearly points out that the development of controllable growth semiconductor nanowires and their high performance devices is a challenging scientific task for the contemporary semiconductor industry in the nanometer CMOS and post CMOS era. Semiconductor nanowires based on 鈪，

本文编号：1476460