非磁性離子摻雜寬帶隙半導(dǎo)體磁性的第一性原理研究.pdf

1、寬禁帶半導(dǎo)體材料(Eg>2.3eV)又稱為第三代半導(dǎo)體材料，主要包括Ⅲ族氮化物、金剛石、ZnO、SiC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)境保護等方面有著廣泛的應(yīng)用。
　　 寬禁帶半導(dǎo)體氧化

2、物，如TiO2、ZnO中摻入Mn、Fe、Co等3d過渡族金屬元素或者稀土元素具有鐵磁性，常規(guī)半導(dǎo)體材料如GaAs、InAs、Ge、Si中摻入Mn同樣也出現(xiàn)鐵磁性。這樣的帶有磁性的半導(dǎo)體稱為稀磁半導(dǎo)體(Diluted magneticsemiconductors，DMS)。DMS因兼具有半導(dǎo)體和磁性的性質(zhì)，即在一種材料中同時應(yīng)用電子電荷和自旋兩種自由度，是實現(xiàn)自旋電子學(xué)的最好材料。然而目前的實驗和理論研究還大多局限于3d過渡族金屬在寬禁帶

3、半導(dǎo)體中引起的磁學(xué)相關(guān)性質(zhì)。近年來，人們發(fā)現(xiàn)許多非磁性粒子摻雜半導(dǎo)體也出現(xiàn)了常規(guī)磁學(xué)理論無法解釋的室溫鐵磁現(xiàn)象。本論文基于密度泛函理論，針對以上問題開展了理論結(jié)合部分實驗的研究工作，詳細研究了非磁性粒子在與3d過渡族金屬共摻和單獨存在于寬禁帶半導(dǎo)體中的相關(guān)磁性。論文的結(jié)構(gòu)如下：
　　 第一章分別介紹了氮化鎵和碳化硅兩種寬禁帶半導(dǎo)體相關(guān)性質(zhì)的研究現(xiàn)狀，闡明了本論文研究的理論意義和實際意義。
　　 第二章簡要介紹了密度泛函理

4、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相關(guān)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展也很活躍，使得密度泛函理論的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。
　　 第三章基于密度泛函理論計算，我們研究了碳/錳共摻氮化鎵磁性增強的原因，為實驗提供了確鑿可信的理論解釋和依據(jù)。