過渡金屬摻雜ALN基稀磁半導(dǎo)體鐵磁性第一性原理研究.pdf

1、稀磁半導(dǎo)體被認(rèn)為是一種理想的制作自旋電子器件的材料，引起了人們廣泛的研究興趣。從工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用的角度來說，理想的稀磁半導(dǎo)體應(yīng)具有良好的室溫鐵磁性，而磁性過渡金屬摻雜的稀磁半導(dǎo)體居里溫度差別非常大（10-950K）.AlN稀磁半導(dǎo)體因?yàn)榫哂袑挼膸叮?.1eV）和透光性而成為人們廣泛研究的對象。但由于實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差等原因，AlN基的稀磁半導(dǎo)體一直未得到廣泛的應(yīng)用，這就需要首先從理論上對其進(jìn)行預(yù)測和分析。
　　 另一方面，隨著科學(xué)

2、技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的性能得到了極大地提高，材料模擬的理論也得到了長足的進(jìn)步，使得通過計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)新型材料成為可能。因而，本文借助計(jì)算機(jī)模擬對AlN基的稀磁半導(dǎo)體進(jìn)行了研究，希望得到具有良好室溫鐵磁性的稀磁半導(dǎo)體材料，為接下來的實(shí)驗(yàn)提供理論指導(dǎo)。
　　 本文采用基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理平面波超軟贗勢方法研究了純凈纖鋅礦AlN，然后也研究了磁性陽離子M（M=Fe、Ni、Co）摻雜的AlN基稀磁半導(dǎo)體，著重介紹了Fe、

3、Ni、Co摻雜AlN體系。主要研究內(nèi)容及其結(jié)果如下：
　　 1、對六方晶系纖鋅礦AlN的能帶結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。AlN理論計(jì)算的晶格常數(shù)和實(shí)驗(yàn)值相符合。通過對能帶結(jié)構(gòu)和電子態(tài)密度分析，從理論上驗(yàn)證了AlN屬于直接帶隙半導(dǎo)體，導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂均位于布里淵區(qū)的G點(diǎn)處，計(jì)算的帶隙值5.074eV，比實(shí)驗(yàn)值偏小，這主要是GGA計(jì)算方法的原因，AlN的離子鍵性質(zhì)比較明顯。同時(shí)，也計(jì)算了AlN的能量損失譜、介電函數(shù)、吸

4、收系數(shù)等光學(xué)參數(shù)，利用半導(dǎo)體帶間躍遷理論和AlN電子結(jié)構(gòu)信息，對介電譜圖和能量損失譜等的峰值進(jìn)行了辨別和解釋，定性分析了光學(xué)性質(zhì)的成因。
　　 2、探討了Fe、Ni、Co磁性雜質(zhì)摻雜AlN的電子結(jié)構(gòu)、磁性和光學(xué)性質(zhì)，并重點(diǎn)分析了Co摻雜AlN的情況，發(fā)現(xiàn)M摻雜的AlN體系（M=Fe、Ni、Co）都存在自旋極化態(tài)，呈現(xiàn)半金屬鐵磁性狀態(tài)，主要來源于p-d軌道雜化。就光學(xué)性質(zhì)而言，沒有非常突出的變化，但是摻雜后帶隙變窄，長波吸收加強(qiáng)，