稀土金屬摻雜氮化銅的第一性原理研究.pdf

1、氮化銅（Cu3N）作為一種可應(yīng)用于光存儲器和高速集成電路的新材料，已然成為一個研究熱點。Cu3N是一種具有較高電阻率、較低熱分解溫度的亞穩(wěn)態(tài)半導(dǎo)體材料，其晶體為反三氧化錸（anti-ReO3）型立方體結(jié)構(gòu)，N原子分布在立方晶體的頂點處，Cu原子分布在立方晶體棱邊的中心處并以共價鍵形式與N原子結(jié)合。Cu3N的結(jié)構(gòu)很特殊，因為Cu原子未占據(jù)晶胞的體心位置，所以其立方體結(jié)構(gòu)中存在許多空位，當其他原子填充到這些空位時，其性質(zhì)將會發(fā)生顯著的變化。

2、
　　本論文的中心點是利用以密度泛函理論為基礎(chǔ)的第一性原理計算方法，通過WIEN2k軟件，對Cu3N和稀土原子摻雜Cu3N（Cu3NM）進行系統(tǒng)的理論計算，M分別為Sc，Y，La及其他鑭系稀土金屬。本文利用Cu3N和Cu3NM晶胞結(jié)構(gòu)優(yōu)化后得到的晶格常數(shù)創(chuàng)建最優(yōu)結(jié)構(gòu)，計算了Cu3N和Cu3NM的結(jié)構(gòu)、電學(xué)、彈性以及光學(xué)等性質(zhì)。在摻雜原子M中，Sc，Y，La屬于同一族，La及其他鑭系稀土金屬的核外電子排布基本相似，只是4f電子數(shù)的增

3、加，為了分析同一族和4f電子數(shù)增加對Cu3N性質(zhì)的不同影響，本文分別分析了Cu3NM1（M1=Sc，Y和La）和Cu3NM2（M2=鑭系稀土金屬）的各種性質(zhì)，結(jié)果表明：
　?。?）Cu3N被M1（M1=Sc，Y和La）原子摻雜在體心空位后，其晶格常數(shù)變大。電學(xué)性質(zhì)分析結(jié)果表明Cu3N經(jīng)M1原子摻雜后由間接帶隙半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體，在Cu3N結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位的Cu原子3d軌道與N原子2p軌道之間的雜化作用，被M1原子的d軌道作用弱化，演

4、變成Cu原子3d軌道與M1原子d軌道相互作用為主導(dǎo)。體彈模量和彈性參數(shù)的計算值符合機械穩(wěn)定性標準，說明所研究化合物都是機械穩(wěn)定的。光學(xué)性質(zhì)分析結(jié)果表明M1原子摻雜促使Cu3N所有的光學(xué)譜都發(fā)生了藍移現(xiàn)象；Cu3N和Cu3NM1的形成能結(jié)果顯示Cu3NM1的形成能相比Cu3N的更小，即M1原子摻雜促使Cu3N更加穩(wěn)定。
　?。?）M2（M2=鑭系稀土金屬）原子摻在Cu3N的體心空位后對其性質(zhì)有很大的影響。M2原子摻雜后，Cu3N的體