摻氫AlN及ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料的第一性原理研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體材料以其獨(dú)特的特性和廣闊的運(yùn)用前景吸引了大量的研究興趣,成為近年來理論和實(shí)驗(yàn)科學(xué)家的研究熱點(diǎn)。而氫在AlN及ZnO基等各類稀磁半導(dǎo)體材料的制備過程會(huì)大量、不可避免的存在,對材料性能產(chǎn)生重大影響。因此,本論文主要采用第一性原理計(jì)算方法研究摻氫AlN及ZnO基稀磁半導(dǎo)體材料。主要內(nèi)容如下:
　　 首先,介紹了課題研究背景,包括半導(dǎo)體材料、自旋電子學(xué)發(fā)展?fàn)顩r、ZnO基和AlN基稀磁半導(dǎo)體研究概況及氫對摻雜半導(dǎo)體材料性能的影響

2、等。同時(shí),詳細(xì)介紹了本文所涉及的第一性原理計(jì)算方法的理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)過程。
　　 其次,利用第一性原理計(jì)算方法研究摻氫的p型AlN材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及振動(dòng)特性。從二價(jià)族原子(Be,Mg,Ca,Sr,Ba)摻雜AlN材料入手,研究了氫介入條件下氫的存在位置及鍵合情況,并獲得了氫相關(guān)復(fù)合鍵的振動(dòng)頻率以供實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究。同時(shí)發(fā)現(xiàn)了體系結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及振動(dòng)特性隨離子摻雜尺寸變化的規(guī)律。計(jì)算中考慮了氫輕質(zhì)量引起的非諧效應(yīng)對振動(dòng)頻率的貢獻(xiàn),使計(jì)算結(jié)果

3、更加精確。
　　 接著,研究了Co摻雜ZnO材料中氫原子的存在方式,以及體系電子結(jié)構(gòu)和振動(dòng)性質(zhì)。重點(diǎn)研究了氫的幾何存在位型和成鍵情況,研究發(fā)現(xiàn)氫會(huì)以+1價(jià)施主形式和O緊密成鍵?？紤]了非諧效應(yīng)并得到了O-H復(fù)合體的局域振動(dòng)模式,獲得了氫在穩(wěn)定位型下的振動(dòng)頻率。本文計(jì)算結(jié)果為實(shí)驗(yàn)探索氫的存在及對p型ZnO材料的制備提供了理論指導(dǎo)。
　　 最后,采用第一性原理計(jì)算方法結(jié)合Monte Carlo模擬方法研究了摻氫對Co摻雜ZnO