InAs和GaSb納米線電子結構特性的第一性原理計算.pdf

1、國際半導體技術路線圖中明確指出研制可控生長半導體納米線及其高性能器件是當代半導體工業(yè)在納米CMOS和后CMOS時代的一個具有挑戰(zhàn)性的科學任務?；冖?Ⅴ族化合物的半導體納米線是研制高性能納米器件的主要材料，其中銻化銦(InSb)和銻化鎵(GaSb)材料兩者分別是n-型和p-型遷移率最高的材料，對制備成高性能納米線器件具有很大的潛力。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，研究了3d過渡金屬離子摻雜纖鋅礦結構(WZ)InSb納米線的

2、磁學特性和不同晶體結構、量子尺寸效應和單軸應力對GaSb納米線能帶結構的影響，獲得的結果如下:
　　首先，研究了3d過渡金屬離子摻雜InSb納米線的磁性。結果表明:(1)用Ti、V、Cr和Mn離子摻雜InSb納米線，產(chǎn)生的磁矩來自于3d離子各自相對應的3d軌道自由電子數(shù)，然而，用Ni、Cu和Zn離子摻雜則不能產(chǎn)生自旋極化。(2)大多數(shù)3d離子摻雜InSb展現(xiàn)出施主、受主雙重特性，而Ti離子和Mn離子摻雜InSb納米線分別展現(xiàn)出明顯

3、的施主和受主特性。(3)雖然Mn摻雜InSb納米線和Ge摻雜InSb納米線同屬于受主能級摻雜，卻顯示出不同的自旋極化特性。Mn摻雜InSb納米線產(chǎn)生了最大的自旋極化和自旋劈裂，然而，Ge摻雜InSb納米線則不產(chǎn)生自旋極化。(4)雙Mn離子共摻雜使InSb納米線實現(xiàn)了由半導體到金屬的轉變。然而，在反鐵磁性耦合中納米線依然維持半導體能帶特性，而Mn摻雜InSb納米是鐵磁性基態(tài)。
　　其次，研究了不同晶體結構、尺寸和單軸應力對GaSb納

4、米線能帶結構的影響。結果表明:(1)量子尺寸效應存在，致使GaSb納米線的能帶帶隙隨著納米線直徑的減小而增大。(2)ZB結構[111]方向和WZ結構[0001]方向均出現(xiàn)了間接帶隙的情況。(3)[111]方向各尺寸納米線均只在單軸拉力的作用下才能實現(xiàn)能帶由間接帶隙到直接帶隙的轉變。而[0001]方向各尺寸納米線在單軸拉力和壓力作用下均可實現(xiàn)能帶由間接帶隙到直接帶隙的轉變。(4)納米線載流子的有效質(zhì)量隨納米線尺寸的減小而增大。同時還發(fā)現(xiàn)[