兩種紅外探測(cè)材料和Mg2FeH6的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的理論研究.pdf

1、本論文利用基于密度泛函近似的第一性原理方法，研究了三種材料的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。本論文主要包括以下幾方面的內(nèi)容：
　　首先，本文采用局域自旋密度近似(LSDA)的第一性原理方法計(jì)算了直接帶隙紅外材料Hg1-xCdxTe(MCT)(x=0.250，0.375，0.500，0.625，0.875與1.000)的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。MCT材料是目前紅外探測(cè)領(lǐng)域的領(lǐng)軍材料，因其獨(dú)特的可調(diào)帶隙寬度、較高的電子遷移率和較寬的應(yīng)用溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)

2、，成為了目前研究的熱點(diǎn)。在本文的計(jì)算過(guò)程中，先進(jìn)行晶格優(yōu)化，理論計(jì)算的該材料的晶格常數(shù)符合Vergard定律，隨著Hg濃度的增加，線性地減小；其能帶結(jié)構(gòu)是相似的，不同組分的材料，主要表現(xiàn)在帶隙寬度的差異，價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底都在Γ點(diǎn)；其介電函數(shù)虛部主要有三個(gè)吸收峰，隨著Cd濃度的增加而藍(lán)移，說(shuō)明該材料的導(dǎo)帶隨著Cd濃度的升高而升高，導(dǎo)致其帶隙寬度增加；其靜態(tài)介電常數(shù)則隨著Cd濃度的增加而按照拋物線的規(guī)律下降；能量損失譜和有效電子密度的計(jì)算結(jié)果

3、表明只有很少的價(jià)電子參與了帶間躍遷。
　　SnxGe1-x材料是另外一種具有帶隙可調(diào)和很高的電子遷移率的半導(dǎo)體材料，因此它在光電子應(yīng)用領(lǐng)域作為一種有前景的替代Ⅲ-Ⅴ族化合物的材料，且能與現(xiàn)有的硅基半導(dǎo)體工藝兼容而引起人們的廣泛關(guān)注。本文的第二部分采用基于密度泛函理論(DFT)的廣義梯度近似(GGA)方法計(jì)算了直接帶隙材料SnxGe1-x(x=0.000，0.042，0.083，0.125，0.167，與0.208)的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)

4、性質(zhì)。理論計(jì)算的晶格常數(shù)符合Vergard定律，隨著錫濃度增加而增加，與實(shí)驗(yàn)數(shù)值相符，通過(guò)對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的分析表明，SnxGe1-x均是直接帶隙半導(dǎo)體，在計(jì)算的五種不同錫濃度情況下均為直接帶隙，其帶隙隨著錫濃度的增加而減小，符合實(shí)驗(yàn)的拋物線規(guī)律；接著計(jì)算了該材料的光學(xué)性質(zhì)，其復(fù)介電函數(shù)有兩個(gè)主要的吸收峰，用其帶間躍遷分析可以解釋這兩個(gè)主要的吸收峰，其能量損失譜表明它的體等離子體共振頻率隨著錫濃度的增加而降低，其靜態(tài)介電常數(shù)則隨著錫濃度增加而

5、增加。這些結(jié)果為其實(shí)際應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。
　　Mg2FeH6是目前已知的所有氫化物中具有最高的體積儲(chǔ)氫密度的化合物，而且它相比其它氫化物還具有成本低廉的優(yōu)勢(shì)。本文的第三部分采用第一性原理研究了它的電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)和彈性性質(zhì)。首先對(duì)其晶格進(jìn)行了幾何優(yōu)化，優(yōu)化后的晶格常數(shù)與實(shí)驗(yàn)相符。計(jì)算發(fā)現(xiàn)Mg2FeH6是直接帶隙半導(dǎo)體，與實(shí)驗(yàn)相符，其帶隙寬度為1.94eV；在此基礎(chǔ)上計(jì)算了它的介電函數(shù)，并結(jié)合電子結(jié)構(gòu)特性，分析了其光學(xué)吸收的性性質(zhì)；