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4H-SiC基稀磁半导体电子结构的研究

作 者: 黄国亮
导 师: 张志华; 陆兴
学 校: 大连交通大学
专 业: 材料学
关键词: 稀磁半导体 电子结构 过渡金属 掺杂 4H-SiC
分类号: TN304
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 3次
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内容摘要


随着计算机科学技术的高速进步,材料模拟软件越来越受到人们的重视。本文通过基于第一性原理材料模拟软件(MS)中的CASTEP模块对4H-SiC进行电子结构的计算。三个体系(Al掺杂4H-SiC、空位掺杂4H-SiC、Al和空位共掺杂4H-SiC)晶格畸变小。A1掺杂4H-SiC体系没有获得磁性,而空位掺杂4H-SiC获得了磁性,但是磁性较弱,Al和Si空位缺陷就可以得到比较好的磁性,证明了非磁性元素掺杂半导体可以得到磁性,其中空位起重要作用。Al是三价的,替代了四价的Si,从而产生空穴。空穴作为载流子调制C之间的磁性耦合,从态密度(DOS)上看到也证实了自旋极化主要来源于C的2p,而不是Al的3p。在过渡金属(TM)掺杂4H-SiC体系中,通过比较形成能的大小,Ti掺杂体系是最稳定的,而在Al与TM共掺杂4H-SiC体系中,V掺杂体系是最稳定的。不同的TM掺杂4H-SiC体系具有不同的磁性质,Ti、Fe掺杂4H-SiC体系无磁性,V、Cr、Mn、Co、Ni和Cu掺杂的SiC体系具有磁性,其中Cu掺杂的4H-SiC体系是反铁磁稳定,其他都是铁磁稳定的。Al与TM共掺杂4H-SiC中,Al与Cr、Mn、Fe、Ni、Cu共掺4H-SiC体系是有磁性的,而Al与Ti、V、Co共掺4H-SiC体系无磁性,其中Al与Cr、Ni、Cu共掺4H-SiC体系是铁磁稳定的,Al与Mn、Fe共掺4H-SiC体系是反铁磁稳定的。我们可以确定,Al原r除了稳定共掺的4H-SiC晶体结构,还能影响系统的磁性质。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 半导体自旋电子学  9-10
  1.2 稀磁半导体  10-16
    1.2.1 稀磁半导体定义  10-11
    1.2.2 稀磁半导体研究意义  11-12
    1.2.3 磁性半导体研究进展  12-13
    1.2.4 稀磁半导体磁性起源  13-16
  1.3 本文工作  16-17
第二章 理论基础  17-25
  2.1 第一性原理计算方法  17
  2.2 密度泛函理论  17-24
    2.2.1 电子运动和离子运动分离  18-19
    2.2.2 Hartree-Fock近似  19-21
    2.2.3 Hohenberg-Kohn定理  21-23
    2.2.4 Kohn-Sham方程  23-24
  2.3 材料模拟软件  24-25
第三章 4H-SiC电子结构  25-37
  3.1 SiC简介  25
  3.2 纯4H-SiC的电子结构  25-28
    3.2.1 理论模型和计算方法  25-26
    3.2.2 计算结果与讨论  26-28
  3.3 单个Al掺杂SiC的电子结构  28-30
    3.3.1 理论模型和计算方法  28-29
    3.3.2 计算结果与讨论  29-30
  3.4 单个空位掺杂SiC的电子结构  30-33
    3.4.1 模型构建和计算方法  30-31
    3.4.2 计算结果与分析  31-33
  3.5 Al和空位共掺杂4H-SiC的电子结构  33-36
    3.5.1 模型构建和计算方法  33-34
    3.5.2 计算结果与分析  34-36
  3.6 小结  36-37
第四章 过渡金属掺杂4H-SiC基稀磁半导体的电子结构  37-50
  4.1 引言  37
  4.2 单个过渡金属原子掺杂4H-SiC的电子结构  37-43
    4.2.1 模型的构建和计算方法  37-38
    4.2.2 计算结果与分析  38-40
    4.2.3 磁性的判断  40-43
  4.3 Al和过渡金属共掺杂4H-SiC的电子结构  43-48
    4.3.1 模型的构建和计算方法  43
    4.3.2 计算结果与分析  43-46
    4.3.3 磁性的判断  46-48
  4.4 两种电子结构的比较  48-49
  4.5 小结  49-50
第五章 全文结论和展望  50-51
  5.1 全文结论  50
  5.2 展望  50-51
参考文献  51-54
攻读硕士学位期间发表的学术论文  54-55
致谢  55

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料
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