InAs和GaSb納米線電子結(jié)構(gòu)特性的第一性原理計(jì)算.pdf

1、國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖中明確指出研制可控生長半導(dǎo)體納米線及其高性能器件是當(dāng)代半導(dǎo)體工業(yè)在納米CMOS和后CMOS時(shí)代的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)任務(wù)?；冖?Ⅴ族化合物的半導(dǎo)體納米線是研制高性能納米器件的主要材料，其中銻化銦(InSb)和銻化鎵(GaSb)材料兩者分別是n-型和p-型遷移率最高的材料，對制備成高性能納米線器件具有很大的潛力。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法，研究了3d過渡金屬離子摻雜纖鋅礦結(jié)構(gòu)(WZ)InSb納米線的

2、磁學(xué)特性和不同晶體結(jié)構(gòu)、量子尺寸效應(yīng)和單軸應(yīng)力對GaSb納米線能帶結(jié)構(gòu)的影響，獲得的結(jié)果如下:
　　首先，研究了3d過渡金屬離子摻雜InSb納米線的磁性。結(jié)果表明:(1)用Ti、V、Cr和Mn離子摻雜InSb納米線，產(chǎn)生的磁矩來自于3d離子各自相對應(yīng)的3d軌道自由電子數(shù)，然而，用Ni、Cu和Zn離子摻雜則不能產(chǎn)生自旋極化。(2)大多數(shù)3d離子摻雜InSb展現(xiàn)出施主、受主雙重特性，而Ti離子和Mn離子摻雜InSb納米線分別展現(xiàn)出明顯

3、的施主和受主特性。(3)雖然Mn摻雜InSb納米線和Ge摻雜InSb納米線同屬于受主能級摻雜，卻顯示出不同的自旋極化特性。Mn摻雜InSb納米線產(chǎn)生了最大的自旋極化和自旋劈裂，然而，Ge摻雜InSb納米線則不產(chǎn)生自旋極化。(4)雙Mn離子共摻雜使InSb納米線實(shí)現(xiàn)了由半導(dǎo)體到金屬的轉(zhuǎn)變。然而，在反鐵磁性耦合中納米線依然維持半導(dǎo)體能帶特性，而Mn摻雜InSb納米是鐵磁性基態(tài)。
　　其次，研究了不同晶體結(jié)構(gòu)、尺寸和單軸應(yīng)力對GaSb納

4、米線能帶結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:(1)量子尺寸效應(yīng)存在，致使GaSb納米線的能帶帶隙隨著納米線直徑的減小而增大。(2)ZB結(jié)構(gòu)[111]方向和WZ結(jié)構(gòu)[0001]方向均出現(xiàn)了間接帶隙的情況。(3)[111]方向各尺寸納米線均只在單軸拉力的作用下才能實(shí)現(xiàn)能帶由間接帶隙到直接帶隙的轉(zhuǎn)變。而[0001]方向各尺寸納米線在單軸拉力和壓力作用下均可實(shí)現(xiàn)能帶由間接帶隙到直接帶隙的轉(zhuǎn)變。(4)納米線載流子的有效質(zhì)量隨納米線尺寸的減小而增大。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)[