文档介绍：毕业论文
( 2013 届)
题目 ZnO电子结构第一性原理研究
学院物理电气信息学院
专业物理学
年级 2009级
学生学号 **********
学生姓名周海龙
指导教师林雪玲
2013年4月25日
ZnO电子结构第一性原理研究
摘要
ZnO 是一种具有宽带隙()和高激子束缚能(60meV)的半导体,透明度高,有优异的常温发光性能,在液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等方面均有应用。
目前对半导体的理论研究主要有两种方式:(1)模型化研究;(2)基于密度范函理论的第一性原理计算。本论文利用第一性原理计算软件计算ZnO电子结构. 本论文使用Quantum-Espresso 软件完成。
关键词:自旋电子学 ZnO 第一性原理计算电子结构
FIRST-PRINCIPLES STUDY OF ZnO ELECTRONIC STRUCTURE
ABSTRACT
ZnO is an II-VI group semiconductor with wide band gap () and high exciton bound energy (60meV) and is an attractive multi-functional material in piezoelectricity and optics.
To theoretically study the semiconductors, two approaches are usually employed: (1) model Hamiltonian or (2) first-principles calculation based on density functional theory. The latter one has been used in this dissertation. We studied the electronic structures of ZnO- using first-principles calculation software. In our work, we used Quantum-Espresso。
KEY WORDS :semiconductor ZnO first-principles calculation electronic structure
目录
第一章绪论 4
第二章研究方法和程序简介 6
密度泛函理论 6
多粒子体系的薛定谔方程 6
Hartree-Fock 方程 7
Hohenberg-Kohn定理 9
Kohn-Sham方程 12
交换关联泛函 13
赝势方法 13
14
-Espresso 简介 14
研究方法与计算参数的设定 15
计算结果和讨论 16
致谢 21
第一章绪论
近些年来,宽禁带半导体材料由于其在高功率和高频器件、紫外探测器、短波长发光二极管、激光器及其相关器件方面的潜在应用而引起了人们的广泛关注"。
1994年以来,日本科学家在GaN以及相关In族氮化物合金的研究中取得重大进展,成功开发出GaN蓝色发光二极管和激光二极管,后者能在室温下连续长时间稳定工作"目前GaN蓝绿光LED己实现商品化,在1997年日亚(Nichia)公司利用GaN研制的蓝光LD连续工作寿命己超过10000小时"然而,GaN也有一些不足,如GaN基的器件由于原材料昂贵因而成本较高,而且通常GaN是生长在较贵的蓝宝石衬底上;GaN的制备需要很高的温度,一般在1000e以上;GaN的腐蚀工艺也比较复杂和困难"这些不足大大制约了GaN的实际应用"
与氮化嫁材料相比,,,特别是它的激子结合能高达60mev[2],在目前常用的半导体材料中首屈一指,这一特性使它具备了室温下短波长发光的有利条件;此外,氧化锌具有很高的导电性,它还和其他氧化物一样具有很高的化学稳定性和耐高温性质,而且它的来源丰富,价格低廉"这些优点使它成为制备光电子器件的优良材料,极具开发和应用的价值"1997年日本和香港科学家合作研究得到了氧化锌薄膜的近紫外受激发光,开拓了氧化锌薄膜在发光领域的应用[3]"该研究成果发表后,在国际上引起了强烈的反响,seienee(一997,276,895)以/[4]"美国材料学会1997年春季会