寬帶隙半導(dǎo)體表面電子結(jié)構(gòu)和磁性研究.pdf

1、寬禁帶半導(dǎo)體材料（Eg>2．3eV）又被稱為第三代半導(dǎo)體材料，主要包括金剛石、氮化鎵、二氧化鈦等。和第一代、第二代半導(dǎo)體材料相比，第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大、擊穿電場強(qiáng)度高、飽和電子漂移速度高、熱導(dǎo)率大、介電常數(shù)小、抗輻射能力強(qiáng)以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特點，非常適合于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的光電子器件，在國防軍工、生物醫(yī)學(xué)、電子電路、能源存儲以及環(huán)境保護(hù)等方面有著廣泛的應(yīng)用。 然而目前的理論研究還大多局限于

2、塊體材料中，對材料表面所具有的電學(xué)、磁學(xué)等相關(guān)性質(zhì)缺乏較為深入的認(rèn)識。事實上，寬禁帶半導(dǎo)體表面具有很多特有的性質(zhì)，這些性質(zhì)對材料的應(yīng)用起著決定性作用。另外，相應(yīng)的反應(yīng)過程也都在表面上進(jìn)行。本論文基于密度泛函理論，針對以上問題開展了理論研究工作，詳細(xì)研究了金剛石（100）面、GaN（1010）面和TiO2（110）面的相關(guān)性質(zhì)。結(jié)構(gòu)如下： 第一章分別介紹了金剛石、氮化鎵和二氧化鈦三種寬禁帶半導(dǎo)體相關(guān)性質(zhì)的研究現(xiàn)狀，闡明了本論文研究

3、的理論意義和實際意義。 第二章簡要介紹了密度泛函理論的基本框架和近年來的理論發(fā)展。密度泛函理論的發(fā)展以尋找合適的交換關(guān)聯(lián)能量泛函為主線。從最初的局域密度近似（LDA）、廣義梯度近似（GGA）到現(xiàn)在的雜化泛函，使計算結(jié)果的精確度越來越高。除了改進(jìn)交換相關(guān)泛函，近年來密度泛函理論向動力學(xué)平均場和含時等方面的擴(kuò)展也很活躍，使得密度泛函理論的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 第三章基于密度泛函理論計算，模擬了乙烯分子吸附到金剛石（100）表面

4、的過程，討論了可能的吸附路徑；驗證了乙烯與金剛石的成鍵性質(zhì)并分析比較了金剛石表面吸附乙烯分子前后的電子態(tài)密度，為后續(xù)的實驗提供了確鑿可信的理論依據(jù)。 第四章中，分析研究了無雜質(zhì)摻雜的GaN納米晶材料出現(xiàn)室溫鐵磁性的起因，進(jìn)而分析了GaN表面鐵磁耦合的機(jī)制。研究結(jié)果表明，材料中磁性的產(chǎn)生是由于表面存在Ga空位缺陷造成的。這種由表面空位引發(fā)的鐵磁耦合機(jī)制非常有效，甚至當(dāng)空位間距離在～8A的時候，仍表現(xiàn)出穩(wěn)定的室溫鐵磁性。 第