摻氫AlN及ZnO基稀磁半導體材料的第一性原理研究.pdf

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

2、等。同時,詳細介紹了本文所涉及的第一性原理計算方法的理論基礎和實現過程。
　　 其次,利用第一性原理計算方法研究摻氫的p型AlN材料結構穩(wěn)定性及振動特性。從二價族原子(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,并獲得了氫相關復合鍵的振動頻率以供實驗進一步研究。同時發(fā)現了體系結構穩(wěn)定性及振動特性隨離子摻雜尺寸變化的規(guī)律。計算中考慮了氫輕質量引起的非諧效應對振動頻率的貢獻,使計算結果

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,以及體系電子結構和振動性質。重點研究了氫的幾何存在位型和成鍵情況,研究發(fā)現氫會以+1價施主形式和O緊密成鍵。考慮了非諧效應并得到了O-H復合體的局域振動模式,獲得了氫在穩(wěn)定位型下的振動頻率。本文計算結果為實驗探索氫的存在及對p型ZnO材料的制備提供了理論指導。
　　 最后,采用第一性原理計算方法結合Monte Carlo模擬方法研究了摻氫對Co摻雜ZnO