第一性原理計算BC7、SiCN和CaSi2的高壓性質(zhì).pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及各個行業(yè)的拓展，我們對材料的要求也越來越高。對于半導(dǎo)體行業(yè)來說，超硬材料和半導(dǎo)體材料的探索受到越來越多的關(guān)注，而其主要原因有兩方面：一方面是它們具有特別優(yōu)良的化學(xué)物理性質(zhì)，另一方面是這些材料越來越多的應(yīng)用到了更多的領(lǐng)域，例如醫(yī)療器械和航天飛機等，而且在日常生活中的應(yīng)用也越來越廣泛。就目前材料方向的研究而言，我們通過實驗和分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的超硬材料，例如金剛石，自然界中天然存在的儲量很小，并且很難合成，又如立方結(jié)構(gòu)的

2、氮化硼，同樣儲量少，并且合成時對壓力溫度等條件要求太高，導(dǎo)致價格十分昂貴。因此，探索超硬材料和半導(dǎo)體材料也有了更高的熱度。
　　本文將利用第一性原理計算的方法，對材料BC7、SiCN和CaSi2的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能（包括晶格常數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)性質(zhì)等）進行詳細的分析，接著會通過加壓加溫的方式研究以上結(jié)構(gòu)在高壓高溫下的性能變化趨勢，以便發(fā)現(xiàn)更多的性質(zhì)優(yōu)異的材料，為材料發(fā)展做出貢獻，最后還對其電子特性進行了分析，得到相關(guān)的結(jié)論，為材料的發(fā)

3、展，提供更加完善的理論依據(jù)。文章首先簡單介紹了相關(guān)的研究背景與理論基礎(chǔ)知識。本文進行的主要工作，是在第一性原理計算方法的基礎(chǔ)上，利用軟件Material Studio，主要是其CASTEP計算模塊，對BC7，SiCN和CaSi2的結(jié)構(gòu)進行模擬仿真。Material Studio軟件是建立在密度泛函理論基礎(chǔ)上的仿真計算軟件，可以計算材料的很多性質(zhì)，例如晶格常數(shù)、彈性常數(shù)、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度及和熱力學(xué)性質(zhì)等等。
　　文中主要研究了由輕元

4、素組成的導(dǎo)電性超硬材料類金剛石結(jié)構(gòu)的P4ˉm2-BC7和硬質(zhì)材料SiCN三種結(jié)構(gòu)t-SiCN，h-SiCN，o-SiCN，以及半導(dǎo)體材料2H-CaSi2，EuGe2-CaSi2等。計算時，首先計算彈性常數(shù)，再根據(jù)對應(yīng)的判定依據(jù)判斷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，也就是機械穩(wěn)定性，接著通過計算G/B的數(shù)值，得到其材料的展性和脆性，并且計算其各向異性，BC7呈脆性且各向異性也隨著壓強的增大越來越明顯，各向異性包含的參數(shù)包括體彈模量、剪切模量、泊松比以及楊氏模