3d過渡金屬摻雜氮化銅的第一性原理研究.pdf

1、氮化銅（Cu3N）薄膜是一種在常溫下處于亞穩(wěn)態(tài)的半導體材料。它的熱分解溫度僅為300-450℃，有較高的電阻率以及在紅外光和可見光波段有較低的反射率，已成為日前光電存儲和電子集成領域中倍受人們青睞的新材料。Cu3N晶胞屬于反三氧化錸（anti-ReO3）型立方結構，空間群為Pm3m（221）。Cu原子占據(jù)立方晶胞邊線的中心，N原子占據(jù)立方晶胞的頂點。由于Cu原子未能占據(jù)晶格（111）面的緊密位置，在立方結構中留下了許多空隙，使得這種結構

2、極為特別。當Cu原子或者其他原子填充到這些空隙位置，會引起薄膜光學和電學等性質的顯著變化。
　　本論文的中心點是利用以密度泛函理論為基礎的第一性原理相關方法，通過WIEN2k軟件，對Cu3N及3d過渡金屬摻雜Cu3N（Cu3NM：M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni）進行系統(tǒng)的理論計算。首先我們對Cu3N及Cu3NM進行了結構優(yōu)化，得到最適宜的晶格常數(shù)；然后利用得到的最適宜晶格常數(shù)，計算反映Cu3N及Cu3NM電學性質

3、的態(tài)密度，能帶結構和電荷密度；再計算Cu3N及Cu3NM的結合能，彈性常數(shù)和復介電函數(shù)等相關參量。本文主要研究了3d過渡金屬摻雜對Cu3N結構和性能的影響。結果表明：
　?。?）Cu3N晶胞體積隨著3d過渡金屬原子序數(shù)的增大，以Mn原子為臨界點，晶格先膨脹后收縮；
　?。?）所有的Cu3NM均由摻雜前的間接帶隙半導體轉變?yōu)閷w，光學帶隙消失。在純 Cu3N中以Cu的3d軌道電子和N的2p軌道電子結合為主導轉變?yōu)閾诫s后Cu的3