二维GaAs电子结构和光学性质的理论研究
发布时间：2021-06-23 14:25
二维材料石墨烯的发现打开了二维材料世界的大门。石墨烯因具有特殊的能带结构及高强度和高热导率等的特点,在制备电子器件散热器、处理器等方面具有非常大的潜力,但石墨烯零带隙的结构特点限制了该材料在制备光学器件领域的应用。III-V族化合物GaAs因优良的光学和电学性能被广泛研究,并应用于制备光电子和电子器件。三维GaAs与二维石墨烯相比,结构上具有相似性,并且二维条件下GaAs几何结构与光电性质研究甚少。因此,对二维GaAs在结构与性质方面进行研究具有重要意义。本文采用分子动力学与第一性原理相结合的方法,对理想情况下二维类石墨烯GaAs和存在点缺陷的二维类石墨烯GaAs电子结构、光学性质及不同压强下两种类型材料的光学性质变化进行理论模拟与计算。分子动力学采用Tersoff势函数进行计算,并采用可视化分析软件对模拟结果进行分析;第一性原理采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势量子力学程序CASTEP软件,对理想情况和存在点缺陷的二维类石墨烯GaAs的电子结构和光学性质进行了计算与分析。对理想二维类石墨烯GaAs电子结构和光学性质模拟与计算的结果分析表明:二维类石墨烯GaAs结构稳定。能带结构方面...
【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
闪锌矿GaAs晶体结构图
3.1 理想二维 GaAs 类石墨烯模型：（a）第一性原理计算模型；（b）分子动力学计算模 模型稳定性的验证二维类石墨烯 GaAs 结构模型是通过石墨烯结构理论推导而来，若要进行模型及相关性质的计算，首先需要对模型的稳定性进行验证。对于第一性原理计算模型利用 Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno（BFGS）算法型进行结构优化：采用广义梯度近似（GGA）下的 Perdew-Burke-Ernzerh（P交换-关联效应[82]，截断能设置为 300 eV，相应的 SCF 收敛精度为 10-5eV/a选取 Ultrasoft 赝势。优化之后的结果显示类石墨烯结构二维 GaAs 材料整体上变化，而晶格常数变为 4.13 。为充分表明模型的稳定性，对二维类石墨烯子谱进行了计算，计算结果如图3.2。由于二维类石墨烯GaAs原胞中包含2个原上该晶体共有 6 支色散关系，即应有 6 条声子谱。图中显示的计算结果与理论。图中频率较低的 3 条曲线为声学支格波，频率较高的 3 条曲线为光学支格波
点缺陷二维 GaAs 的结构模型1 模型的构建缺陷作为影响材料性质的重要因素，在提升半导体器件性能、改善材料电子输具有应用。它主要是改变其中导电粒子的浓度，也可以改变材料的晶体结构，硅[83]、石墨烯[84]、过渡金属化合物 MoS2[85]和 TiO2[86]等的缺陷研究，都是缺陷对料在器件领域的实际应用。对于理想的二维 GaAs，通过分别去掉 Ga、As 原 Ga 和 As 空位缺陷模型；通过分别用 B 和 P 原子替换 Ga、As 原子，形成 B、质缺陷模型。具体的结构模型如图 3.3。根据石墨烯的晶体结构及晶格参数，理论计算推导出二维类石墨烯 GaAs 的晶采用 MS 中的 Visualizer 模块构建了 20×20×1 的超胞结构，在 c 方向添加 20 ，防止层与层之间的相互作用，并选取单层进行结构分析，体系包含 800 个原子s 原子，400 个 Ga 原子），其次对模型进行修正，分别去掉 Ga、As 原子，掺子，使其形成空位缺陷和杂质缺陷结构。
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiO2缺陷结构电子性质的第一性原理计算[J]. 周虹君. 原子与分子物理学报. 2017(04)
[2]B、N掺杂对钠在石墨烯上吸附性能的影响[J]. 姚利花. 原子与分子物理学报. 2017(03)
[3]二维材料/PTCDA异质结荧光性能[J]. 李洪飞,梁涛,谢爽,汪胜平,叶能,徐明生. 中国激光. 2017(07)
[4]基于二维材料调制的中红外脉冲光纤激光器的研究进展[J]. 韦晨,史红霞,罗鸿禹,谢记涛,翟波,袁飞,刘永. 中国激光. 2017(07)
[5]二维过渡金属硫属化合物的激光发射[J]. 郑婷,南海燕,吴章婷,倪振华. 激光与光电子学进展. 2017(04)
[6]缺陷对单层MoS2电子结构的影响[J]. 陈晓红,伏春平. 原子与分子物理学报. 2016(05)
[7]Mn掺杂GaAs稀磁半导体的第一性原理研究[J]. 张云丽,杨建国,朱自强,周小东,巫洪章,谭明秋. 周口师范学院学报. 2015(02)
[8]水平定向凝固法合成砷化镓多晶[J]. 金敏,徐家跃,谈惠祖,何庆波. 上海应用技术学院学报(自然科学版). 2014(03)
[9]Ga9-nAsn（n=0～9）系列团簇能量和稳定性的研究[J]. 姜科,刘乔升,杨建宋. 杭州师范大学学报(自然科学版). 2013(06)
[10]高压下GaAs和AlAs结构及弹性性质的第一原理计算（英文）[J]. 崔红玲,李丹,吕世杰,姬广富. 四川大学学报(自然科学版). 2013(05)
博士论文
[1]硅和砷烯中缺陷的电子结构与光学性质研究[D]. 刘晓旭.南京大学 2017
硕士论文
[1]掺杂N对GaAs电子、光学和磁学性质影响第一性原理研究[D]. 黄瑞琪.郑州大学 2015
[2]p-GaAs同质结太赫兹探测器的优化与性能研究[D]. 钱飞.上海交通大学 2014
[3]GaAs同质结远红外探测器的谐振腔设计[D]. 邓国贵.上海交通大学 2011
[4]GaAs材料光电性质第一性原理研究[D]. 陈启燊.西安电子科技大学 2010
[5]LEC砷化镓单晶生长技术[D]. 周春锋.天津大学 2009
[6]高压下GaAs，GaN和MgO物性的第一性原理计算[D]. 逯来玉.四川大学 2006
本文编号：3245103
【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
闪锌矿GaAs晶体结构图
3.1 理想二维 GaAs 类石墨烯模型：（a）第一性原理计算模型；（b）分子动力学计算模 模型稳定性的验证二维类石墨烯 GaAs 结构模型是通过石墨烯结构理论推导而来，若要进行模型及相关性质的计算，首先需要对模型的稳定性进行验证。对于第一性原理计算模型利用 Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno（BFGS）算法型进行结构优化：采用广义梯度近似（GGA）下的 Perdew-Burke-Ernzerh（P交换-关联效应[82]，截断能设置为 300 eV，相应的 SCF 收敛精度为 10-5eV/a选取 Ultrasoft 赝势。优化之后的结果显示类石墨烯结构二维 GaAs 材料整体上变化，而晶格常数变为 4.13 。为充分表明模型的稳定性，对二维类石墨烯子谱进行了计算，计算结果如图3.2。由于二维类石墨烯GaAs原胞中包含2个原上该晶体共有 6 支色散关系，即应有 6 条声子谱。图中显示的计算结果与理论。图中频率较低的 3 条曲线为声学支格波，频率较高的 3 条曲线为光学支格波
点缺陷二维 GaAs 的结构模型1 模型的构建缺陷作为影响材料性质的重要因素，在提升半导体器件性能、改善材料电子输具有应用。它主要是改变其中导电粒子的浓度，也可以改变材料的晶体结构，硅[83]、石墨烯[84]、过渡金属化合物 MoS2[85]和 TiO2[86]等的缺陷研究，都是缺陷对料在器件领域的实际应用。对于理想的二维 GaAs，通过分别去掉 Ga、As 原 Ga 和 As 空位缺陷模型；通过分别用 B 和 P 原子替换 Ga、As 原子，形成 B、质缺陷模型。具体的结构模型如图 3.3。根据石墨烯的晶体结构及晶格参数，理论计算推导出二维类石墨烯 GaAs 的晶采用 MS 中的 Visualizer 模块构建了 20×20×1 的超胞结构，在 c 方向添加 20 ，防止层与层之间的相互作用，并选取单层进行结构分析，体系包含 800 个原子s 原子，400 个 Ga 原子），其次对模型进行修正，分别去掉 Ga、As 原子，掺子，使其形成空位缺陷和杂质缺陷结构。
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiO2缺陷结构电子性质的第一性原理计算[J]. 周虹君. 原子与分子物理学报. 2017(04)
[2]B、N掺杂对钠在石墨烯上吸附性能的影响[J]. 姚利花. 原子与分子物理学报. 2017(03)
[3]二维材料/PTCDA异质结荧光性能[J]. 李洪飞,梁涛,谢爽,汪胜平,叶能,徐明生. 中国激光. 2017(07)
[4]基于二维材料调制的中红外脉冲光纤激光器的研究进展[J]. 韦晨,史红霞,罗鸿禹,谢记涛,翟波,袁飞,刘永. 中国激光. 2017(07)
[5]二维过渡金属硫属化合物的激光发射[J]. 郑婷,南海燕,吴章婷,倪振华. 激光与光电子学进展. 2017(04)
[6]缺陷对单层MoS2电子结构的影响[J]. 陈晓红,伏春平. 原子与分子物理学报. 2016(05)
[7]Mn掺杂GaAs稀磁半导体的第一性原理研究[J]. 张云丽,杨建国,朱自强,周小东,巫洪章,谭明秋. 周口师范学院学报. 2015(02)
[8]水平定向凝固法合成砷化镓多晶[J]. 金敏,徐家跃,谈惠祖,何庆波. 上海应用技术学院学报(自然科学版). 2014(03)
[9]Ga9-nAsn（n=0～9）系列团簇能量和稳定性的研究[J]. 姜科,刘乔升,杨建宋. 杭州师范大学学报(自然科学版). 2013(06)
[10]高压下GaAs和AlAs结构及弹性性质的第一原理计算（英文）[J]. 崔红玲,李丹,吕世杰,姬广富. 四川大学学报(自然科学版). 2013(05)
博士论文
[1]硅和砷烯中缺陷的电子结构与光学性质研究[D]. 刘晓旭.南京大学 2017
硕士论文
[1]掺杂N对GaAs电子、光学和磁学性质影响第一性原理研究[D]. 黄瑞琪.郑州大学 2015
[2]p-GaAs同质结太赫兹探测器的优化与性能研究[D]. 钱飞.上海交通大学 2014
[3]GaAs同质结远红外探测器的谐振腔设计[D]. 邓国贵.上海交通大学 2011
[4]GaAs材料光电性质第一性原理研究[D]. 陈启燊.西安电子科技大学 2010
[5]LEC砷化镓单晶生长技术[D]. 周春锋.天津大学 2009
[6]高压下GaAs，GaN和MgO物性的第一性原理计算[D]. 逯来玉.四川大学 2006
本文编号：3245103
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