第一性原理正電子壽命和能帶計算及幾種薄膜的慢正電子分析.pdf

1、正電子是人類發(fā)現(xiàn)的第一個反粒子,正電子和物質(zhì)中電子相遇時會發(fā)生湮沒并發(fā)出γ光子。七十余年來,正電子淹沒研究取得了很多杰出的成果,建立了一系列新的實驗技術(shù),發(fā)展了正電子湮沒譜學的分析理論。正電子湮沒是一種廣泛使用的無損探測手段,它是把核技術(shù)應(yīng)用到材料分析研究中的新技術(shù)。由于所有的信息都被湮沒后的γ光子帶出,其實驗技術(shù)的發(fā)展也都圍繞著測量γ光子的能量、動量、位置和時間信息展開。人類發(fā)現(xiàn)和認識正電子的過程中,理論也發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。研究正

2、電子和材料的相互作用過程,除了實驗上測量正電子湮沒發(fā)射出的γ光子的信息外,還可以通過理論計算推斷實驗結(jié)果的正確性,并成為實驗研究的有力佐證和補充。固體能帶理論是固體中電子運動的理論基礎(chǔ),固體的許多性質(zhì)都可有固體能帶理論解釋和闡明。半導體獨特的性能是由于特殊的能帶結(jié)構(gòu)決定的。禁帶寬度較窄是其共同的特點,導帶中的電子和價帶中空穴均可荷載電流。正電子和空穴的性質(zhì)非常相似,都帶相同的電荷數(shù),分析正電子的能帶結(jié)構(gòu)有助于幫助我們理解電子和空穴的能帶

3、結(jié)構(gòu)。常規(guī)正電子譜儀中使用的正電子的能量通常較高,主要是分析材料的體性質(zhì)。慢正電子束技術(shù)通過改變正電子能量控制正電子的注入深度,從而可以分析樣品表面或者薄膜的性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu),擴大了正電子的研究范圍,其對分析樣品時較普遍采用的是多普勒展寬測量方法。
　　 本論文采用贗勢平面波方法計算了常見結(jié)構(gòu)晶體的正電子的體壽命值,并分別采用第一性原理贗勢平面波計算的電子結(jié)構(gòu)和經(jīng)驗參數(shù)方法計算了幾種常見半導體的正電子能帶。同時,利用慢正電子束技術(shù)

4、深入分析了幾種薄膜在不同的環(huán)境條件下處理后微觀結(jié)構(gòu)的變化情況。
　　 第一章簡要介紹了正電子的簡史、注入剖面、可觀測量、實驗技術(shù)和湮沒理論。其中主要論述了正電子注入材料后的行為和深度分布,明確了正電子和材料相互作用的空間和時間范圍,分析了正電子湮沒實驗的可觀測量,介紹了實驗室常用的正電子湮沒實驗技術(shù),并且概述了正電子在材料中湮沒的理論基礎(chǔ)。
　　 第二章主要闡述基于第一原理的密度泛函贗勢平面波方法計算各種結(jié)構(gòu)的正電子壽命

5、值的過程和結(jié)果。比較詳細論述了正電子湮沒壽命值計算的理論框架,包括密度泛函理論基礎(chǔ)和正電子壽命計算理論基礎(chǔ)。并且這這種框架下計算了幾種面心立方晶體、體心立方晶體、金剛石結(jié)構(gòu)晶體、NaCl結(jié)構(gòu)晶體、閃鋅礦結(jié)構(gòu)晶體和金屬間化合物的正電子的體壽命值,計算結(jié)果整體和實驗符合的比較好。
　　 第三章主要采用贗勢平面波方法和經(jīng)驗參數(shù)方法計算子幾種半導體的正電子能帶結(jié)構(gòu)。主要研究了硅、鍺、砷化鎵、砷化銦、氮化鋁、氮化鎵的正電子的能帶結(jié)構(gòu),在計