纖鋅礦半導(dǎo)體電子能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)-第一性原理研究.pdf

1、本文針對以氮化銦和石墨烯為代表的纖鋅礦半導(dǎo)體在電子能帶結(jié)構(gòu)，及其光學(xué)性質(zhì)，以及它們的摻雜結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)出來的特殊的物理性質(zhì)，進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。首先，我們利用了第一性原理基于密度泛函理論研究了氮化銦的聲子色散譜線和其在剩余射線區(qū)域內(nèi)的光學(xué)性質(zhì)，給出了其光學(xué)特性參數(shù)與橫縱光學(xué)支頻率之間的變化關(guān)系。其次，我們基于密度泛函理論，采用GGA+U(p+d)的近似方法，修正了第一性原理計(jì)算氮化銦帶隙的不足，給出了與實(shí)驗(yàn)相符的結(jié)果，并且修正了電子能帶結(jié)構(gòu)，

2、進(jìn)一步的研究了In1-xGaxN的能帶結(jié)構(gòu)，以及摻雜原子對能帶結(jié)構(gòu)的影響和每個原子軌道對能帶結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)。最后，利用第一性原理研究了本征手扶椅式石墨烯納米帶的能帶結(jié)構(gòu)，以及氫修飾和鋰摻雜后的能帶結(jié)構(gòu)和摻雜原子對費(fèi)米能級附近能帶的影響。
　　計(jì)算結(jié)果表明，氮化銦具有半金屬的性質(zhì)，因此，容易產(chǎn)生電子躍遷，更加適合應(yīng)用于光學(xué)器件的制造。計(jì)算結(jié)果也表明在ωTO＜ω＜ωLO區(qū)域內(nèi)，反射譜可以達(dá)到最大值，且接近于1。消光系數(shù)譜中，在ω=ωTO處

3、，產(chǎn)生了一個尖銳的峰值。這些光學(xué)性質(zhì)的產(chǎn)生都說明了，在ωTO＜ω＜ωLO區(qū)域內(nèi)，能量反射和損失是非常明顯的，在該區(qū)域內(nèi)發(fā)生了電場與晶格振動之間的相互作用，聲子的產(chǎn)生和消失對電磁波能量變化產(chǎn)生了重要的影響。
　　其次，利用GGA+U(p+d)的近似方法，修正了能帶結(jié)構(gòu)，得到氮化銦帶隙值0.78eV與實(shí)驗(yàn)值一致，并且修正了能帶結(jié)構(gòu)。當(dāng)鎵摻雜氮化銦后，隨著摻雜組分的增加，帶隙發(fā)生了藍(lán)移，即反斯托克斯移動。通過分波態(tài)密度分析可以看出，當(dāng)摻

4、雜鎵原子后，p-d軌道之間的排斥作用減弱，Ga-4s，Ga-4p的態(tài)密度貢獻(xiàn)均向?qū)б苿?，并且與In-5s，5p發(fā)生了強(qiáng)烈的雜化效應(yīng)，促使帶隙升高，發(fā)生了反斯托克斯移動。
　　最后，通過計(jì)算本征手扶椅式石墨烯納米帶的能帶結(jié)構(gòu)，分析表明它是間接帶隙半導(dǎo)體，并且能帶結(jié)構(gòu)主要是由C-2p軌道的電子貢獻(xiàn)的。進(jìn)一步研究其氫修飾和鋰摻雜不同位置的結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明氫修飾石墨烯納米帶為直接帶隙半導(dǎo)體，帶隙為1.68 eV，手扶椅式石墨烯納米帶經(jīng)過摻