ZnSe-Si異質(zhì)結(jié)納米線的研究.pdf

1、半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)納米線由于其獨(dú)特的形貌結(jié)構(gòu)和不同于體材料的優(yōu)異特性，已成為當(dāng)今納米材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理贗勢平面波方法，使用CASTEP軟件研究了不同摻雜濃度下的ZnSe/Si異質(zhì)結(jié)納米線，在理論層次上對納米線結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和電子性質(zhì)進(jìn)行研究探索，為今后納米器件的研制及應(yīng)用提供了一個(gè)良好理論依據(jù)。
　　 首先，文章構(gòu)建了(110)方向的ZnSe/Si異質(zhì)結(jié)納米線模型，對含有表面懸掛鍵和使用氫原子鈍化表

2、面懸掛鍵兩種情況下?lián)诫s濃度漸變對納米異質(zhì)結(jié)材料的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，異質(zhì)結(jié)納米線中的所有原子都進(jìn)行了表面重構(gòu)，特別是有Si摻雜的ZnSe/Si納米線晶格畸變較大，在異質(zhì)結(jié)外表面處的原子向外弛豫幅度較大，而中心處的原子向內(nèi)弛豫幅度較小。接著，對納米異質(zhì)結(jié)的晶格常數(shù)進(jìn)行了測量，由于ZnSe和Si兩者之間有近4％的晶格常數(shù)失配，因此在一定程度上卻偏離了Vegard's law所示的線性關(guān)系，呈非線性變化。但隨著組分Si含量

3、增加，異質(zhì)結(jié)納米線晶格常數(shù)減小的總趨勢未改變。
　　 其次，結(jié)合能是衡量納米線結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的另一個(gè)重要參數(shù)。本文對比分析了不同摻雜濃度下未飽和及氫原子飽和表面懸掛鍵兩種情況下納米線的結(jié)合能，發(fā)現(xiàn)隨著組分硅含量的增加，納米異質(zhì)體系結(jié)合能線性增大，材料結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。并且，使用氫原子飽和表面懸掛鍵的ZnSe/Si異質(zhì)結(jié)納米線更易被合成。
　　 然后，本文研究了表面懸掛鍵效應(yīng)對于ZnSe/Si異質(zhì)結(jié)納米線電子特性的影響，發(fā)現(xiàn)含有懸掛

4、鍵的納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出金屬性，而使用氫原子飽和表面懸掛鍵可以有效的消除懸掛鍵的表面態(tài)對于電子結(jié)構(gòu)特性的影響，使納米線轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體材料。另一方面，我們對摻雜即雜質(zhì)硅含量的變化對納米線能帶結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)摻雜對于納米線異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)起到了有效的調(diào)制作用，其中，純硅納米線表現(xiàn)出異于體硅材料的特征，變?yōu)橹苯訋兜陌雽?dǎo)體，并且禁帶寬帶明顯增加。特別的，雜質(zhì)能級對帶邊的影響使ZnSe/Si納米線異質(zhì)結(jié)可在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體之間相互

5、轉(zhuǎn)化。當(dāng)摻雜濃度相對較低時(shí)，納米線呈現(xiàn)出N型半導(dǎo)體特征，而當(dāng)摻雜濃度較高時(shí)，納米線則轉(zhuǎn)化為P型半導(dǎo)體。這個(gè)突破性的結(jié)論對于納米異質(zhì)材料在光學(xué)及電學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，提供了重要的依據(jù)。
　　 最后，在完成上述工作的基礎(chǔ)上，對Ga、N摻雜閃鋅礦結(jié)構(gòu)InSb的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明單獨(dú)摻入N或Ga時(shí)，帶隙無法打開，并且發(fā)現(xiàn)隨著N含量的增加，可以形成零帶隙半導(dǎo)體InSbN，這對于研究零帶隙半導(dǎo)體材料工程提供了一定的參考價(jià)值。而共摻雜