半導(dǎo)體硅與砷化鎵光學(xué)性質(zhì)溫度依賴性的第一性原理研究.pdf

1、溫度是影響材料熱輻射物性的最為重要的狀態(tài)參數(shù)之一。對(duì)材料熱輻射物性的溫度依賴性的理論研究有助于理解溫度影響熱輻射物性的微觀機(jī)理，從而應(yīng)用于輻射調(diào)控等領(lǐng)域以實(shí)現(xiàn)特定的功能。第一性原理方法因其直接從量子力學(xué)基本方程出發(fā)的特點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于預(yù)測(cè)材料的真實(shí)物性。特別是在高溫等實(shí)驗(yàn)條件難以達(dá)到的條件下，第一性原理方法可以有效地輔助實(shí)驗(yàn)，甚至在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)材料的真實(shí)物性做出外延性的預(yù)測(cè)。半導(dǎo)體材料光學(xué)性質(zhì)的溫度依賴性對(duì)于半導(dǎo)體工業(yè)及其相關(guān)應(yīng)用至

2、關(guān)重要。盡管如此，已有研究絕大多數(shù)為基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的經(jīng)驗(yàn)方法，直接從第一性原理出發(fā)預(yù)測(cè)其溫度依賴的光學(xué)性質(zhì)的學(xué)術(shù)研究并不多見(jiàn)。本文以半導(dǎo)體材料硅和砷化鎵為例，基于第一性原理方法研究其紫外—可見(jiàn)光譜與紅外光譜的溫度依賴性，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)材料宏觀輻射特性的調(diào)控提供理論依據(jù)。
　　電子—聲子相互作用是半導(dǎo)體材料紫外—可見(jiàn)光譜溫度依賴性的物理根源。本文結(jié)合考慮電子—聲子相互作用對(duì)電子能帶結(jié)構(gòu)的熱修正及激子效應(yīng)對(duì)激發(fā)態(tài)電子帶間躍遷的影響，提

3、出了計(jì)算半導(dǎo)體材料紫外—可見(jiàn)光譜溫度依賴性的“從頭算”第一性原理方法。計(jì)算了硅室溫及高溫條件下的晶格熱膨脹效應(yīng)及電子能帶結(jié)構(gòu)熱修正，進(jìn)一步得到溫度依賴的紫外—可見(jiàn)光譜。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果在室溫下定量符合，推廣至高溫條件下定性符合。分析了溫度對(duì)硅紫外—可見(jiàn)光譜影響的一般規(guī)律及影響計(jì)算精度的可能因素。
　　聲子—聲子相互作用是半導(dǎo)體材料紅外光譜溫度依賴性的物理根源。本文基于阻尼諧振子模型，考慮聲子—聲子相互作用對(duì)聲子能帶結(jié)構(gòu)的熱修正，