文档介绍：东华大学
硕士学位论文
ZnSe/Si异质结纳米线的研究
姓名:张会媛
申请学位级别:硕士
专业:等离子体物理
指导教师:邢怀中
2012-02-28
/异质结纳米线的研究摘要半导体异质结纳米线由于其独特的形貌结构和不同于体材料的优异特性,己成为当今纳米材料科学研究的热点之一。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,使用软件研线结构稳定和电子性质进行研究探索,为今后纳米器件的研制及应用提供了一个良好理论依据。有表面悬挂键和使用氢原子钝化表面悬挂键两种情况下掺杂浓度渐变对纳米异质结材料的稳定性进行研究。研究发现,经过结构优化,异质结纳米线中的所有原子都进行了表面重构,特别是有掺杂的/纳米线晶格畸变较大,在异质结外表面处的原子向外弛豫幅度较大,而中心处的原子向内弛豫幅度较小。接着,对纳米异质结的晶格常数进行了测量,由于和两者之问有近サ木Ц癯J非线性变化。但随着组分含量增加,异质结纳米线晶格常数减小其次,结合能是衡量纳米线结构稳定性的另一个重要参数。本文对比分析了不同掺杂浓度下未饱和及氢原子饱和表面悬挂键两种情究了不同掺杂浓度下的/异质结纳米线,在理论层次上对纳米首先,文章构建了较虻腪疭熘式崮擅紫吣P停院失配,因此在一定程度上却偏离了’镜南咝怨叵担的总趋势未改变。
况下纳米线的结合能,发现随着组分硅含量的增加,纳米异质体系结合能线性增大,材料结构越稳定。并且,使用氢原子饱和表面悬挂键的/异质结纳米线更易被合成。然后,本文研究了表面悬挂键效应对于/异质结纳米线电子特性的影响,发现含有悬挂键的纳米异质结构呈现出金属性,而使用氢原子饱和表面悬挂键可以有效的消除悬挂键的表面态对于电子结构特性的影响,使纳米线转变为半导体材料。另一方面,我们对掺杂即杂质硅含量的变化对纳米线能带结构的影响进行了详细分析,发现掺杂对于纳米线异质结能带结构起到了有效的调制作用,其中,纯硅纳米线表现出异于体硅材料的特征,变为直接带隙的半导体,并且禁带宽带明显增加。特别的,杂质能级对带边的影响使/纳米线异质结可在桶氲继搴蚉型半导体之间相互转化。当掺杂浓度相对较低时,纳米线呈现出桶氲继逄卣鳎辈粼优ǘ冉细呤保纳米线则转化为桶氲继濉U飧鐾黄菩缘慕崧鄱杂谀擅滓熘什牧显最后,在完成上述工作的基础上,对、粼由列靠蠼峁笽的电子结构进行了系统研究,结果表明单独掺入騁保段法打开,并且发现随着康脑黾樱梢孕纬闪愦栋氲继錓,这对于研究零带隙半导体材料工程提供了一定的参考价值。而共掺杂和保浯侗浠飨浴关键词:第一性原理,/,异质结,纳米线,电子结构光学及电学领域的应用,提供了重要的依据。/异质结纳米线的研究
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第一章绪论纳米材料纳米科学与技术畇兰甏┢诘崛起的新技术,被认为是世纪的工业的一场新的技术革命,『谙碜趴蒲及国民生活的各个领域,如农业、信息、材料、能源、医学和健康、航空和国防等多方面。纳米猰飧龀ざ瘸叨却笤纪贩⑺恐本兜陌送蚍种唬孀湃类研究技术的逐步发展与深入,已逐渐丌始对原子、分子进行操纵和加工,在纳米尺度范畴内认识和改造自然。在未来,纳米技术’将是信息技术和生物技术突破性进展的前提。作为纳米科学与技术最重要的组成部分,纳米材料成为当代科学技术发展的前沿,也是人们广泛关注与研究的热点之一。纳米材料是指三维空间中至少有~维处在纳米尺度的范围内或由它作为基本构成单元的材料。量子尺寸‘效应、小尺寸效应、表面与界面效应和宏观量子隧道效应【D擅撞牧系幕臼粜浴!篎是因为它们的存在,使得在不改变材料成分的情况下,纳米材料的熔点、磁学性能、电学性能、光学性能、力学性能和化学活性等都与块体材料所不同。这些新奇的物理特性的研究,使得人们必须打破了原有的传统的规律,重新认识和定义现有的物理规律,从而把科学研究进展推向一个新的高度。根据不同的分类方法,纳米材料可以分为很多不同的种类】。如果根据三维空间中未被纳米尺度约束的自由度来划分,纳米材料的基本单元可分为三类:零维,指三维空问尺度均在纳米尺度之内,如纳米颗粒、原子团簇等;一维,指在空问有两维处于纳米尺度之内,如纳米线、纳米棒、纳米管等;二维,是指在三维空问中只有一维处于纳米尺度之内,如超薄膜、多层膜、超晶格等。纳米半导体是纳米材料家族中的重要成员,下面就纳米半导体材料的两个基本物理特性进行探讨:庋匦浴5蔽⒘5某叽缦陆档侥擅准妒考叮W就会有显著的量子尺寸效应,费米能级附近的电子能级山准连续能级变为分立能级,吸收光谱的阈值向波长更短的方向移动。纳米半导体中的纳米粒子具有超快速