文档介绍：电子科技大学
硕士学位论文
硅/锗异质结纳米线的结构和电子特性研究
姓名:张曦
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:刘诺
20090501
摘要由于半导体纳米线具有许多与体材料完全不同的优异特性,因此它在微电子器件领域产生了越来越大的影响。本文基于第一性原理计算软件主要研究了硅纳米线、锗纳米线及硅/锗核壳结构异质结纳米线,在理论层次上对其电子特性进行探索性研究,为今后纳米级器件的研制提供了一定的理论依据。首先,本文分析了硅纳米线表面悬挂键对电子特性的影响,发现用氢原子饱和表面悬挂键可以消除由悬挂键引起的表面态对电子特性的影响。在此基础上对氢饱和硅纳米线的能带结构,态密度等进行了详细分析,发现直径在以下的硅纳米线为直接带隙半导体,禁带宽度明显大于体硅,能带结构与纳米线直径及方向相关联。,初步探索了掺杂对硅纳米线电子特性的影响,发现型掺杂使导带进入到费米能级之下,并且使得禁带宽度变窄。其次,作为与硅纳米线的对比和研究硅/锗异质结纳米线的基础,本文研究了锗纳米线的电子特性,结果表明,在直径不超过那榭鱿拢和方向的锗纳米线为直接带隙半导体,较虻恼嗄擅紫呶<浣哟栋氲继澹带宽度明显大于体锗,能带结构同样受到纳米线直径和方向的影响。掺杂对锗纳米线的影响与硅纳米线相似。最后,在纯硅和纯锗纳米线的基础上,研究了较虻墓瑁嗪丝墙峁挂质结纳米线的结构和电子特性,研究发现无论是硅核锗壳结构还是锗核硅壳结构,硅原子均产生了张应变,锗原子则产生了压应变,在异质结界面处应变最大,并且应变受直径大小和核壳直径比影响。能带和态密度研究则表明直径以下的硅/锗核壳结构纳米线都是直接带隙半导体,直径大小对能带结构影响较大,核壳直径比对能带结构影响较小。带偏计算和轨道分析及布居分析发现,在硅核锗壳嗪斯杩结构中核区对导带底鄞的电子昭产生了量子限制作用,量子限制作用的大小与纳米线直径和核壳直径比有关,这样的作用可以通过纳米线的调制掺杂将电离杂质和载流子从空间上分离,从而减少载流子的电离杂质散射,有效提高载流子的迁移率,使硅/锗核壳纳米线在光电子和微电子高速器件研究领域有更广泛的应用前景。关键词:第一性原理,纳米线,核壳结构,电子特性,带偏
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别瞄张嵌,阺月日签名:猴蕺独创性声明日期:沙口闟月郋关于论文使用授权的说明获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全等复制手段保存、汇编学位论文。日期:叫本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为说明并表示谢意。签名:部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描C艿难宦畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑导师签名:/
研究方法第一章绪论随着近年来计算机硬件性能的飞速发展,各种大型计算机、超级计算机的诞生使得材料结构研究的计算机建模与数值计算得以实现。计算机建模是对现实世界的一个特定对象,进行适当的简化假设,并运用数学工具得到的一个数学模型,这个过程如图所示。所建模型一般来说应由两部分组成,一是状态方程,用于描述由给定状态变量定义的材料性质,一般给出材料的静态特性;二是演化方程,用于描述状态交量作为自变量的函数变化情况;用于描述材料的动态特性。而数值计算就是为了求解该数学模型的数值解的过程,涉及到一系列数学算法。我们知道,微结构的演变方向可以通过热力学判据给定创臃瞧胶馓蚱胶馓1,而实际的演变路径则由动力学决定右桓鲈硕刺蛳乱桓鲈硕刺1,这些转变过程都需要综合建模和数值求解这两种手段。计算材料学正是在这样的背景下发展起来的,虽然是一门新兴的学科,但是它综合了材料科学、物理学、计算机科学、数学、化学以及机械工程等多个学科,突破了传统科学的定义范畴,、将计算机科学融入到了现代科学。计算材料学的发展除了与计算机科学技术的迅猛发展紧密相关以外,与理论计算方法也有着巨大的关系,这些计算方法可以归纳为以下四种㈠第~章绪论图扑慊9蹋
硅、锗纳米线及硅锗核壳异质结纳米线的研究现状蒙特卡罗这四种方法,无论是在方法论方面,还是在计算空间尺度上均具有ǖ拇表性。量子力学第一性原理方法无需任何经验参数,完全从组成材料的原子种类、数量及空间排列方式出发计算材料的特性。