寬帶隙半導體表面電子結構和磁性研究.pdf

1、寬禁帶半導體材料（Eg>2．3eV）又被稱為第三代半導體材料，主要包括金剛石、氮化鎵、二氧化鈦等。和第一代、第二代半導體材料相比，第三代寬禁帶半導體材料具有禁帶寬度大、擊穿電場強度高、飽和電子漂移速度高、熱導率大、介電常數(shù)小、抗輻射能力強以及良好的化學穩(wěn)定性等特點，非常適合于制作抗輻射、高頻、大功率和高密度集成的光電子器件，在國防軍工、生物醫(yī)學、電子電路、能源存儲以及環(huán)境保護等方面有著廣泛的應用。 然而目前的理論研究還大多局限于

2、塊體材料中，對材料表面所具有的電學、磁學等相關性質缺乏較為深入的認識。事實上，寬禁帶半導體表面具有很多特有的性質，這些性質對材料的應用起著決定性作用。另外，相應的反應過程也都在表面上進行。本論文基于密度泛函理論，針對以上問題開展了理論研究工作，詳細研究了金剛石（100）面、GaN（1010）面和TiO2（110）面的相關性質。結構如下： 第一章分別介紹了金剛石、氮化鎵和二氧化鈦三種寬禁帶半導體相關性質的研究現(xiàn)狀，闡明了本論文研究

3、的理論意義和實際意義。 第二章簡要介紹了密度泛函理論的基本框架和近年來的理論發(fā)展。密度泛函理論的發(fā)展以尋找合適的交換關聯(lián)能量泛函為主線。從最初的局域密度近似（LDA）、廣義梯度近似（GGA）到現(xiàn)在的雜化泛函，使計算結果的精確度越來越高。除了改進交換相關泛函，近年來密度泛函理論向動力學平均場和含時等方面的擴展也很活躍，使得密度泛函理論的應用領域不斷擴大。 第三章基于密度泛函理論計算，模擬了乙烯分子吸附到金剛石（100）表面

4、的過程，討論了可能的吸附路徑；驗證了乙烯與金剛石的成鍵性質并分析比較了金剛石表面吸附乙烯分子前后的電子態(tài)密度，為后續(xù)的實驗提供了確鑿可信的理論依據(jù)。 第四章中，分析研究了無雜質摻雜的GaN納米晶材料出現(xiàn)室溫鐵磁性的起因，進而分析了GaN表面鐵磁耦合的機制。研究結果表明，材料中磁性的產(chǎn)生是由于表面存在Ga空位缺陷造成的。這種由表面空位引發(fā)的鐵磁耦合機制非常有效，甚至當空位間距離在～8A的時候，仍表現(xiàn)出穩(wěn)定的室溫鐵磁性。 第