第一性原理正電子壽命和能帶計(jì)算及幾種薄膜的慢正電子分析.pdf

1、正電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)反粒子,正電子和物質(zhì)中電子相遇時(shí)會(huì)發(fā)生湮沒(méi)并發(fā)出γ光子。七十余年來(lái),正電子淹沒(méi)研究取得了很多杰出的成果,建立了一系列新的實(shí)驗(yàn)技術(shù),發(fā)展了正電子湮沒(méi)譜學(xué)的分析理論。正電子湮沒(méi)是一種廣泛使用的無(wú)損探測(cè)手段,它是把核技術(shù)應(yīng)用到材料分析研究中的新技術(shù)。由于所有的信息都被湮沒(méi)后的γ光子帶出,其實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展也都圍繞著測(cè)量γ光子的能量、動(dòng)量、位置和時(shí)間信息展開(kāi)。人類發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)正電子的過(guò)程中,理論也發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。研究正

2、電子和材料的相互作用過(guò)程,除了實(shí)驗(yàn)上測(cè)量正電子湮沒(méi)發(fā)射出的γ光子的信息外,還可以通過(guò)理論計(jì)算推斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性,并成為實(shí)驗(yàn)研究的有力佐證和補(bǔ)充。固體能帶理論是固體中電子運(yùn)動(dòng)的理論基礎(chǔ),固體的許多性質(zhì)都可有固體能帶理論解釋和闡明。半導(dǎo)體獨(dú)特的性能是由于特殊的能帶結(jié)構(gòu)決定的。禁帶寬度較窄是其共同的特點(diǎn),導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中空穴均可荷載電流。正電子和空穴的性質(zhì)非常相似,都帶相同的電荷數(shù),分析正電子的能帶結(jié)構(gòu)有助于幫助我們理解電子和空穴的能帶

3、結(jié)構(gòu)。常規(guī)正電子譜儀中使用的正電子的能量通常較高,主要是分析材料的體性質(zhì)。慢正電子束技術(shù)通過(guò)改變正電子能量控制正電子的注入深度,從而可以分析樣品表面或者薄膜的性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu),擴(kuò)大了正電子的研究范圍,其對(duì)分析樣品時(shí)較普遍采用的是多普勒展寬測(cè)量方法。
　　 本論文采用贗勢(shì)平面波方法計(jì)算了常見(jiàn)結(jié)構(gòu)晶體的正電子的體壽命值,并分別采用第一性原理贗勢(shì)平面波計(jì)算的電子結(jié)構(gòu)和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)方法計(jì)算了幾種常見(jiàn)半導(dǎo)體的正電子能帶。同時(shí),利用慢正電子束技術(shù)

4、深入分析了幾種薄膜在不同的環(huán)境條件下處理后微觀結(jié)構(gòu)的變化情況。
　　 第一章簡(jiǎn)要介紹了正電子的簡(jiǎn)史、注入剖面、可觀測(cè)量、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和湮沒(méi)理論。其中主要論述了正電子注入材料后的行為和深度分布,明確了正電子和材料相互作用的空間和時(shí)間范圍,分析了正電子湮沒(méi)實(shí)驗(yàn)的可觀測(cè)量,介紹了實(shí)驗(yàn)室常用的正電子湮沒(méi)實(shí)驗(yàn)技術(shù),并且概述了正電子在材料中湮沒(méi)的理論基礎(chǔ)。
　　 第二章主要闡述基于第一原理的密度泛函贗勢(shì)平面波方法計(jì)算各種結(jié)構(gòu)的正電子壽命

5、值的過(guò)程和結(jié)果。比較詳細(xì)論述了正電子湮沒(méi)壽命值計(jì)算的理論框架,包括密度泛函理論基礎(chǔ)和正電子壽命計(jì)算理論基礎(chǔ)。并且這這種框架下計(jì)算了幾種面心立方晶體、體心立方晶體、金剛石結(jié)構(gòu)晶體、NaCl結(jié)構(gòu)晶體、閃鋅礦結(jié)構(gòu)晶體和金屬間化合物的正電子的體壽命值,計(jì)算結(jié)果整體和實(shí)驗(yàn)符合的比較好。
　　 第三章主要采用贗勢(shì)平面波方法和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)方法計(jì)算子幾種半導(dǎo)體的正電子能帶結(jié)構(gòu)。主要研究了硅、鍺、砷化鎵、砷化銦、氮化鋁、氮化鎵的正電子的能帶結(jié)構(gòu),在計(jì)