基于第一性原理研究过渡金属元素掺杂3C-SiC产生的室温铁磁性

发布时间：2022-05-03 05:53

　　在半导体中引入磁性可以获得稀磁半导体（DMS）,由于DMS能够同时调控电流和自旋两种自由度,为开辟半导体技术新领域以及制备新型电子器件提供了条件。以SiC、ZnO和GaN为代表的第三代半导体相比于传统半导体具有更宽的禁带、更高的饱和载流子漂移速率和更低的导通电阻,因此这类半导体被广泛用于工业领域,对这类半导体进行掺杂改性研究是科学技术发展的客观要求。本文基于密度泛函理论对过渡金属元素掺杂3C-SiC系统的电子结构和磁学性质做了系统的研究。本文的具体工作内容如下:一、对3C-SiC的电子结构进行了计算和分析,并且与实验结果和其他理论计算结果进行了比较。二、对3C-SiC的本征缺陷进行了计算,结果表明3C-SiC中的碳空位（V_C）或者硅空位(V_Si)不能引入磁性。三、过渡金属元素（Sc:Zn）掺杂3C-SiC的计算结果表明,Sc、V、Cr、Mn和Fe元素掺杂3C-SiC的磁化能满足室温铁磁性的要求。四、过渡金属元素和N元素共掺杂表现出更低的形成能。Cr-N、Mn-N、Fe-N、Co-N和Ni-N共掺杂体系相比过渡金属掺杂体系具有更高的磁化能。计算... 

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 稀磁半导体的研究现状
    1.2 稀磁半导体的实现途径
    1.3 SiC的 DMS的研究进展
        1.3.1 SiC的结构特点和研究历史
        1.3.2 碳化硅DMS的实验研究现状
        1.3.3 碳化硅DMS的理论研究现状
    1.4 本论文的研究目的
    1.5 本文的研究内容
第2章 第一性原理的理论基础
    2.1 第一性原理
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Hohenberg-Kohn理论
        2.2.2 Kohn-Sham方程
        2.2.3 局域密度近似
        2.2.4 广义梯度近似
    2.3 物理量描述
        2.3.1 能带结构
        2.3.2 态密度
        2.3.3 差分电荷密度
    2.4 Quantum-Espresso软件包
    2.5 计算流程描述
    2.6 本章小结
第3章 3C-SiC本征缺陷的第一性原理计算
    3.1 物理模型构建
    3.2 参数设置
    3.3 形成能的计算方法
    3.4 计算结果与分析
        3.4.1 晶体结构
        3.4.2 电子结构
        3.4.3 磁矩与极化能
        3.4.4 形成能
    3.5 本章小结
第4章 过渡金属掺杂碳化硅的室温铁磁性研究
    4.1 计算模型与方法
        4.1.1 计算模型
        4.1.2 赝势的价电子构型
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 晶体结构与形成能
        4.2.2 磁矩与极化能
        4.2.3 电子结构与磁化能
    4.3 本章小结
第5章 过渡金属与氮共掺杂碳化硅的室温铁磁性研究
    5.1 计算模型与方法
        5.1.1 计算模型
        5.1.2 赝势的价电子构型
    5.2 结果与讨论
        5.2.1 晶体结构与形成能
        5.2.2 磁矩与极化能
        5.2.3 电子结构与磁化能
    5.3 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间主要研究成果
致谢



本文编号：3650758