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纳米氧化锌和金刚石的导电性第一性原理研究

作　者: 杨志文
导　师: 温斌；姚山
学　校: 大连理工大学
专　业: 材料表面工程
关键词: 氧化锌纳米结构金刚石纳米线第一性原理导电性态密度透射谱线
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

利用基于密度泛函理论和非平衡格林函数的第一性原理,研究了长度和形状对ZnO纳米半导体材料和B掺杂位置、浓度以及生长晶向对金刚石纳米线导电特性的影响。通过计算氧化锌纳米结构的电流-电压特性曲线,结果发现：氧化锌纳米结构的导电特性强烈依赖于其几何结构的形状。对于纤锌矿氧化锌纳米线,在相同的外加电压条件下,随着氧化锌纳米线长度的增加电流值逐渐减小。在相同长度时,单壁氧化锌纳米管的电流-电压特性曲线与三角截面氧化锌纳米线的电流-电压特性曲线相似,但是与六方截面氧化锌纳米线的电流-电压特性曲线不同。最后计算了不同氧化锌纳米结构的透射谱线和态密度曲线,揭示和讨论了长度和形状对其导电特性的影响机理。同时,计算了B原子处于不同掺杂位置时,氢不完全饱和金刚石纳米线的电流-电压特性曲线、透射谱线和态密度曲线,结果发现：掺杂B原子处于金刚石纳米线内部中心位置时其结构最稳定。在不同的位置掺杂B原子金刚石纳米线的导电性都要好于没有被B掺杂的金刚石纳米线的导电特性。通过研究金刚石纳米线氢完全饱和情况下,不同B原子掺杂浓度对金刚石纳米线导电特性的影响,结果发现：当B原子的掺杂浓度小于2%时,随着外加电压的增加,其电流值逐渐增加；当掺杂B原子的浓度大于等于3%时,随着外加电压的增加,其电流值呈现出无规则特性。我们认为这主要是因为纳米线的结构太小,掺杂硼原子的增多破坏了金刚石纳米线的结构。通过对<100),<110>,<111>三个方向金刚石纳米线导电特性的研究,结果发现：<110>方向金刚石纳米线的导电性最好,<100)方向金刚石纳米线的导电性次之,<111>方向金刚石纳米线的导电性最差。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-24
  1.1 引言  8
  1.2 氧化锌纳米半导体材料的研究背景  8-16
    1.2.1 氧化锌的晶体结构及基本性质  8-9
    1.2.2 氧化锌纳米半导体材料导电性的研究现状  9-14
    1.2.3 氧化锌纳米半导体材料的应用  14-16
  1.3 金刚石纳米结构材料的研究现状  16-23
    1.3.1 金刚石的晶体结构及其基本性质  16-17
    1.3.2 金刚石纳米结构导电性的研究现状  17-21
    1.3.3 金刚石纳米半导体材料的应用  21-23
  1.4 本文研究的目的和内容  23-24
2 氧化锌纳米半导体材料的导电性研究  24-39
  2.1 氧化锌纳米线模型的建立及优化  24-25
  2.2 氧化锌纳米线电流一电压特性计算的理论依据  25-28
  2.3 计算结果分析与讨论  28-37
    2.3.1 氧化锌纳米结构的局域态密度和HUMO-LUMO带隙  28-29
    2.3.2 长度对氧化锌纳米结构电流-电压特性的影响  29-33
    2.3.3 形状对氧化锌纳米结构电流-电压特性的影响  33-37
  2.4 本章小结  37-39
3 金刚石纳米结构材料的导电性研究  39-53
  3.1 掺杂位置对金刚石纳米线导电特性的影响  39-44
  3.2 掺杂浓度对金刚石纳米线导电特性的影响  44-50
  3.3 晶向对金刚石纳米线导电特性的影响  50-52
  3.4 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-59
附录A 第一性原理简介  59-61
附录B Atomistic ToolKit软件包介绍  61-62
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  62-63
致谢  63-65

纳米氧化锌和金刚石的导电性第一性原理研究

内容摘要

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