点缺陷对极性ZnO：La/Y表面和GaN/ZnO界面磁光性能的影响

发布时间：2022-02-14 10:56

　　ZnO是一种物化性质稳定、价格低廉、安全可靠的半导体材料,具有理想的禁带宽度和激子结合能。因而在自旋电子学和光催化等领域极具开发潜质。近几十年来众多学者对ZnO进行了广泛且深入的研究,通过掺杂和加工工艺等改性手段使得ZnO的物理化学性能有了很大提高。最近的实验研究证实La/Y掺杂的ZnO能够实现室温铁磁性。然而,ZnO的本征磁性来源一直未能明确,相关的研究结论之间存在很大争议。以往的掺杂改性理论研究大多是针对体相ZnO来进行,而La/Y掺杂和点缺陷对ZnO表面物性影响的研究却鲜见报道。此外,ZnO基界面体系也受到了国内外学者的普遍关注,其中GaN因与ZnO有相近的晶格结构和电子结构而备受瞩目。但以往对GaN/ZnO异质结的研究都是针对其光学性质,而忽略了其作为磁性材料的可能,更忽视了磁性基态对光学性质的影响。为了解决这些存在的问题,推进ZnO基表面/界面材料的研究和发展,本文采用第一性原理方法,基于密度泛函理论建立了La/Y掺杂和点缺陷共存的ZnO（0001）极性表面模型、含有点缺陷的GaN/ZnO异质结极性界面模型。在结构稳定性分析的基础上进一步计算了各个体系的电子结构、电子自旋属性... 

【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

纤锌矿ZnO(2×2×2)超胞(俯视图-[001]晶向)

第一章绪论3图1-2纤锌矿ZnO(2×2×2)超胞(正视图-[100]晶向)Fig1-2WurtziteZnO(2×2×2)supercell(frontview-[100]crystalorientation)图1-3ZnO(0001)表面内的三角形坑区[10]Fig1-3ThetrianglepitinZnO(0001)surface[10]另一方面，ZnO的单极性使得其在z轴方向上具有两种表面态：终端为Zn原子层的(0001)-Zn极性面和终端为O原子层的(0001一)-O极性面。Dulub等[10]研究发现，在ZnO的(0001)-Zn极性面上存在以O原子为边界的三角形坑区(如图1-3)，通过降低局部Zn原子浓度完成表面重构达到稳定态。此外，Zhu等[11]的研究表明ZnO(0001)-Zn极性面更容易形成本征缺陷。因此，采用第一性原理研究ZnO极性表面时，通常在(0001一)-O极性面添加赝势H原子(如图1-4)使该表面钝化以抵消内部电偶极矩引起的非平衡内建电场[12]。

第一章绪论3图1-2纤锌矿ZnO(2×2×2)超胞(正视图-[100]晶向)Fig1-2WurtziteZnO(2×2×2)supercell(frontview-[100]crystalorientation)图1-3ZnO(0001)表面内的三角形坑区[10]Fig1-3ThetrianglepitinZnO(0001)surface[10]另一方面，ZnO的单极性使得其在z轴方向上具有两种表面态：终端为Zn原子层的(0001)-Zn极性面和终端为O原子层的(0001一)-O极性面。Dulub等[10]研究发现，在ZnO的(0001)-Zn极性面上存在以O原子为边界的三角形坑区(如图1-3)，通过降低局部Zn原子浓度完成表面重构达到稳定态。此外，Zhu等[11]的研究表明ZnO(0001)-Zn极性面更容易形成本征缺陷。因此，采用第一性原理研究ZnO极性表面时，通常在(0001一)-O极性面添加赝势H原子(如图1-4)使该表面钝化以抵消内部电偶极矩引起的非平衡内建电场[12]。


本文编号：3624421