Si-Ge納米薄膜光電性質(zhì)的模擬計(jì)算分析.pdf

1、本論文采用基于密度泛函理論的CASTEP軟件，在第一性原理的方法的支撐上，對(duì)Si、Ge、Si/Ge進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并系統(tǒng)地研究了它們的幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。
　　 分析單晶Si計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)、能帶、態(tài)密度和吸收譜，可以看出，在費(fèi)米能級(jí)附近P軌道的態(tài)密度遠(yuǎn)大于S軌道的態(tài)密度，室溫下體相Si在可見光范圍內(nèi)對(duì)光的吸收非常微弱，由于求解Kohn-Sham方程往往沒有考慮體系的激發(fā)態(tài)，使得基本帶隙寬度比實(shí)驗(yàn)值小，計(jì)算后的Si晶格

2、參數(shù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，這就說明本論文所選計(jì)算方法的可靠性。建立Si和Ge的摻雜結(jié)構(gòu)模型，Ge原予以替位式雜質(zhì)的形式存在于Si晶體中，摻雜摩爾比約為3.1％。研究其計(jì)算結(jié)果得到以下結(jié)論：Ge/Si包埋結(jié)構(gòu)是間接帶隙半導(dǎo)體，禁帶寬度略小于Si；Ge/Si包埋結(jié)構(gòu)的吸收系數(shù)發(fā)生明顯變化，摻雜Ge原子后，Ge原子價(jià)電子組態(tài)4s4p使得Ge/Si包埋結(jié)構(gòu)費(fèi)米能級(jí)附近處的電子態(tài)密度有一定得減弱，使Ge/Si包埋結(jié)構(gòu)的吸收系數(shù)減小，但吸收帶邊有明顯

3、的藍(lán)移，并且吸收帶寬明顯變窄。
　　 分析單晶Ge計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)、能帶、態(tài)密度和吸收譜，結(jié)果表明，室溫下單晶Ge光吸收峰在5.0eV處，位于紫外區(qū)域，對(duì)可見區(qū)光吸收較弱；Ge為間接帶隙半導(dǎo)體，帶隙約為0.677eV。隨后對(duì)Si/Ge層狀結(jié)構(gòu)的能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。與Ge/Si鑲嵌結(jié)構(gòu)類似Si/Ge層狀結(jié)構(gòu)也是間接帶隙半導(dǎo)體，禁帶寬度較小，大約為0.37648eV；通過對(duì)布局值的分析可得，在加入Ge層后，Si-Ge鍵長(zhǎng)比S