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B、Be在碲镉汞中掺杂效应的第一性原理研究

作　者: 唐冬华
导　师: 孙立忠
学　校: 湘潭大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 碲镉汞 B掺杂 Be掺杂 第一性原理方法
分类号: O483
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 24次
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内容摘要


碲镉汞是一种重要的红外光电子探测器材料,其禁带宽度在0～1.65eV范围内连续可调,基于碲镉汞材料的红外探测器可覆盖整个红外大气窗口。随着现代科学技术的发展对红外探测器精度的要求日益提高,碲镉汞材料在实际的应用中存在的问题日益突出,特别是碲镉汞材料掺杂的可控调制问题,而这些问题的解决很难再停留在经验或半经验参数的理论框架基础上。本文通过基于密度泛函理论的第一性原理方法系统研究了碲镉汞材料B、Be掺杂对材料的电子结构和电学性质的影响,为实验上B、Be在碲镉汞材料中的可控掺杂提供了理论分析基础。本论文取得的主要成果如下:（I）我们通过形成能和束缚能研究了B在Hg0.75Cd0.25Te中的掺杂效应。结果表明B在Hg0.75Cd0.25Te中存在着两种主要形态:第一种是在完整的Hg0.75Cd0.25Te材料中B稳定存在于六角间隙位置而非替位位置。此时,B形成容易激活的三级施主并使材料表现为n型。另一种是在有Hg空位存在的Hg0.75Cd0.25Te中B更容易与Hg空位结合形成缺陷复合体,其束缚能达到了0.96eV。这种复合体在Hg0.75Cd0.25Te材料中形成单施主也使材料表现为n型。考虑到辐照损伤形成的Hg空位受主,这种B与Hg空位的复合体是制约B离子在Hg0.75Cd0.25Te中注入激活的一个重要因素;（II）基于密度泛函理论的第一性原理方法,我们系统分析了Be在Hg0.75Cd0.25Te材料中的掺杂效应。缺陷形成能的计算结果表明Be在Hg0.75Cd0.25Te材料中主要以原位替代Hg位的形式存在,且表现为单施主;态密度的计算结果表明Be掺杂Hg0.75Cd0.25Te材料的费米能级进入导带,表现为n型掺杂;通过电子局域函数的计算,我们发现Be原位代Hg后与第一近邻的Te原子形成相当强的极性共价键,从而保证了Be原位代Hg掺杂的稳定性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 引言  9-14
  1.1 红外光电子材料简介  9-10
  1.2 红外光电子材料碲镉汞  10-12
  1.3 红外光电子碲镉汞探测器材料的制备和应用  12
  1.4 本论文研究的目的和内容  12-14
第2章 研究理论和方法  14-22
  2.1 密度泛函理论  14-16
  2.2 交换关联泛函  16-17
  2.3 赝势方法  17-18
  2.4 计算细节与分析方法  18-22
    2.4.1 态密度  18-19
    2.4.2 电荷密度  19
    2.4.3 缺陷形成能、动力学能级即缺陷复合体的束缚能  19-21
    2.4.4 电子局域函数  21-22
第3章 B在Hg_(0.75)Cd_(0.25)Te材料中的掺杂行为  22-35
  3.1 引言  22-23
  3.2 B在Hg_(0.75)Cd_(0.25)Te中的掺杂行为  23-34
    3.2.1 弛豫结果分析  23-27
    3.2.2 缺陷的形成能和缺陷复合体的束缚能  27-29
    3.2.3 态密度  29-31
    3.2.4 电荷密度  31-33
    3.2.5 电子局域函数  33-34
  3.3 本章小结  34-35
第4章 Be在Hg_(0.75)Cd_(0.25)Te材料中的掺杂行为  35-43
  4.1 引言  35-36
  4.2 Be在Hg_(0.75)Cd_(0.25)Te中的掺杂行为  36-42
    4.2.1 弛豫结果分析  36-37
    4.2.2 缺陷的形成能  37-39
    4.2.3 态密度  39-40
    4.2.4 电荷密度及电子局域函数  40-42
  4.3 本章小结  42-43
第五章 总结和展望  43-44
  5.1 论文总结  43
  5.2 展望  43-44
参考文献  44-49
致谢  49-50
攻读硕士学位期间完成的论文  50

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 固体缺陷
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