堆垛缺陷對h-BN光電性質(zhì)影響的第一性原理研究.pdf

1、層狀類石墨六角氮化硼,由于其獨特的物理性質(zhì)和化學性質(zhì),近年來備受人們的關(guān)注。極高的化學穩(wěn)定性和耐熱性使其在真空甚至是氧氣環(huán)境下都能穩(wěn)定存在。由于其層間極其容易滑動而被用做一種天然存在的優(yōu)良潤滑劑;優(yōu)良的導熱性能常被用做良的熱導體;較寬的帶隙使其具有良好的絕緣性質(zhì)。除此之外六角氮化硼還被大量使用在醫(yī)學以及航天工程上。近年來高純度六角氮化硼單晶的成功制備并發(fā)現(xiàn)其在深紫外波段(215nm)處具有強烈的帶邊發(fā)光,而被認為是深紫外發(fā)光器件的最佳材

2、料。雖然人們對六角氮化硼有著多年的研究,但實驗上和理論上對六角氮化硼的電子結(jié)構(gòu)仍存在較大的爭議,包括能帶帶隙類型以及帶隙值的大小都沒有統(tǒng)一的認識。鑒于此,本文利用基于密度泛函理論框架下的第一性原理方法,系統(tǒng)分析了h-BN完整堆垛在引入本征堆垛缺陷情況下的電子結(jié)構(gòu)并取得如下研究成果:
　　1.本文系統(tǒng)研究了h-BN五種基本堆垛AA,AB,AD,AE,AF的結(jié)構(gòu)性質(zhì),并系統(tǒng)分析了其在本征堆垛體系引入堆垛缺陷時體系的缺陷形成能。缺陷形成

3、能大約在-58meV~55meV之間,如此小的缺陷形成能表明h-BN中堆垛缺陷很容易出現(xiàn)。由此可見h-BN很難以單一堆垛的形式存在,無序堆垛形式是h-BN更可能的存在形態(tài);
　　2.對比分析了基于經(jīng)驗的L-J勢和第一原理PAW-LDA方法獲得的h-BN五種不同堆垛出現(xiàn)堆垛缺陷時的形成能。研究發(fā)現(xiàn)L-J勢能隨不同堆垛缺陷的變化趨勢和我們應用基于PAW-LDA交換關(guān)聯(lián)勢所計算的不同體系總能隨堆垛缺陷變化的趨勢是一致的。兩種方法計算結(jié)果

4、的一致性驗證了我們計算分析方法的適用性;
　　3.系統(tǒng)分析了h-BN五種完整堆垛及其出現(xiàn)不同單層堆垛缺陷后對h-BN體系的電子結(jié)構(gòu)以及光學性質(zhì)的影響。通過計算電子在布里淵區(qū)內(nèi)價帶頂和導帶底不同k點之間躍遷的電子躍遷聲子輔助能量,發(fā)現(xiàn)類AE堆垛缺陷在其帶隙類型轉(zhuǎn)化中扮演重要角色:h-BN出現(xiàn)類AE堆垛次序的單層缺陷層時,電子躍遷聲子輔助能量迅速減小,其體系由間接帶隙轉(zhuǎn)化為準直接帶隙或直接帶隙。同時發(fā)現(xiàn)電子躍遷聲子輔助能量隨類AE堆垛