高壓下纖鋅礦半導(dǎo)體的雜化密度泛函理論研究.pdf

1、文章通過第一性原理計算,系統(tǒng)地研究了纖鋅礦型半導(dǎo)體在靜水壓力的作用下發(fā)生的一系列變化,例如結(jié)構(gòu)相變,能帶變化和彈性變化。我們使用HSE06雜化密度方法,通過與廣義梯度近似(GGA)方法及局域密度近似(LDA)方法作比較,證實了HSE06雜化密度方法在能帶計算的結(jié)果上更加優(yōu)于普通的密度泛函(DFT)方法。我們使用HSE06雜化密度方法,得到了更加接近于實驗值的能帶值。通過對比數(shù)種方法得到的結(jié)果,清晰地顯示出利用不同的方法所獲得的結(jié)果有著相

2、同的性質(zhì),在不考慮數(shù)值大小的情況下,所有材料的變化曲線有著相同的趨勢。與此同時,在歸納、分析計算結(jié)果的基礎(chǔ)上,我們得到以下結(jié)論:
　　(1)纖鋅礦結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料在靜水壓力的作用下,會有結(jié)構(gòu)相變發(fā)生——從穩(wěn)定態(tài)的纖鋅礦結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)定相的類石墨結(jié)構(gòu)(或者稱作h-MgO結(jié)構(gòu)),即由每個陽離子(陰離子)和4個陰離子(陽離子)連接的結(jié)構(gòu)變?yōu)槊總€陽離子(陰離子)和5個陰離子(陽離子)相連接,這與纖鋅礦結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體在大的單軸壓縮應(yīng)力或大的雙

3、軸拉伸應(yīng)力下的變化結(jié)果相類似;
　　(2)纖鋅礦結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體在相變過程中會發(fā)生帶隙結(jié)構(gòu)的改變,在直接帶隙與間接帶隙之間變化,例如氧化鋅(ZnO)在相變發(fā)生前是直接帶隙,導(dǎo)帶最小值(CBM)和價帶最大值(VBM)都在?點(diǎn),當(dāng)壓力值增大到相變臨界值P=58GPa后,H點(diǎn)在價帶的能量值突然增大,與?點(diǎn)的能量值幾乎相同,帶隙由直接帶隙逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接帶隙;
　　(3)隨著靜水壓力的增大,計算結(jié)果顯示出半導(dǎo)體的帶隙值是持續(xù)增加的,這與單

4、軸應(yīng)力和雙軸應(yīng)力下的能帶值變化完全不同——在單、雙軸應(yīng)力下,能帶值是減小的,甚至在大的雙軸壓縮應(yīng)力下,氮化鎵(GaN)的帶隙值減小為0,成為半金屬的存在,導(dǎo)電性更強(qiáng);
　　(4)超晶格結(jié)構(gòu)材料的出現(xiàn),使得光電應(yīng)用領(lǐng)域在材料的選擇上范圍更加廣泛,我們通過計算1×1×2型氮化鋁鎵的性質(zhì),發(fā)現(xiàn)其結(jié)果與纖鋅礦型半導(dǎo)體結(jié)果類似,同時,能帶值也滿足計算公式Eg(x)=6.2x+3.4(1-x)-x(1-x),當(dāng)x值取0.5時,得到Eg值為4.