硅量子點(diǎn)能帶結(jié)構(gòu)理論研究.pdf

1、硅量子點(diǎn)是尺寸與電子德布羅意波長相當(dāng)?shù)墓璨牧?。由于硅量子點(diǎn)在光電子學(xué)、光伏應(yīng)用以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域都具有非常可觀的潛在應(yīng)用，人們對(duì)硅量子點(diǎn)的研究給予了大量的關(guān)注。然而在實(shí)驗(yàn)上很難精確地控制硅量子點(diǎn)的尺寸以及形狀，所以想要通過實(shí)驗(yàn)對(duì)硅量子點(diǎn)的特性進(jìn)行研究是非常困難的。這導(dǎo)致了采用理論計(jì)算來預(yù)測硅量子點(diǎn)相關(guān)特性的必要性。
　　本論文采用Material Studio中的CASTEP模塊來研究硅量子點(diǎn)的特性，主要研究內(nèi)容可分為兩大部分。第

2、一大部分是研究界面狀態(tài)對(duì)硅量子點(diǎn)能帶結(jié)構(gòu)的影響：首先針對(duì)表面只含一個(gè)氧原子的多種尺寸的硅量子點(diǎn)，通過分析所有四種可能的硅氧鍵構(gòu)型來研究表面硅氧鍵對(duì)硅量子點(diǎn)能帶結(jié)構(gòu)的影響；然后研究多個(gè)氧原子對(duì)硅量子點(diǎn)能帶結(jié)構(gòu)的影響；最后研究不同母體對(duì)硅量子點(diǎn)能帶結(jié)構(gòu)的影響。通過分析計(jì)算結(jié)果得到了以下幾個(gè)重要結(jié)論：硅氧雙鍵(Si=O)的形成是導(dǎo)致處于有氧環(huán)境下硅量子點(diǎn)的光致發(fā)光(Photoluminescence，PL)峰值與無氧環(huán)境下相比發(fā)生的紅移的原因

3、，并且硅氧雙鍵(Si=O)導(dǎo)致的紅移量主要取決于第一個(gè)硅氧雙鍵(Si=O)的形成。二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)這三種母體都會(huì)導(dǎo)致硅量子點(diǎn)的能隙相對(duì)于孤立的情況明顯減小，但是不同的母體對(duì)硅量子點(diǎn)的影響程度不一樣，SiO2母體使得硅量子點(diǎn)的能隙減小得最多，Si3N4母體次之，而SiC母體的影響則最小。
　　第二大部分是研究摻入硼(B)或磷(P)雜質(zhì)原子對(duì)硅量子點(diǎn)能帶結(jié)構(gòu)的影響：分析對(duì)硅量子點(diǎn)摻入單個(gè)B(

4、或P)原子后硅量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特性以及電學(xué)特性(能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度)，并討論尺寸和摻雜位置對(duì)它們的影響。通過分析計(jì)算結(jié)果得到了以下幾個(gè)重要結(jié)論：對(duì)于P摻雜的情況，摻雜后的結(jié)構(gòu)相對(duì)于本征硅量子點(diǎn)發(fā)生的形變要比B摻雜的情況更小。并且P摻雜引起的形變與硅量子點(diǎn)的尺寸密切相關(guān)，而對(duì)于B摻雜引起的形變則基本上與尺寸無關(guān)。不論是B摻雜還是P摻雜，雜質(zhì)在硅量子點(diǎn)中都更容易處于表面附近。尺寸越小，對(duì)其進(jìn)行摻雜所需要的能量就越大，也即越困難。B摻雜或P摻雜在硅