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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
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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。
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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的电子结构 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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