欢迎来到天天文库
浏览记录
ID:21694774
大小:24.50 KB
页数:5页
时间:2018-10-23
《宽带半导体材料的电子机构与性质》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、宽带半导体材料的电子机构与性质 摘要以密度泛函理论为基础,选择宽带半导体材料CdAl2S4为研究对象,从晶格结构、能带结构方面,对其电子机构进行了研究,从弹性性质与光学性质两方面对其性质进行了分析。 【关键词】宽带半导体材料电子机构性质 Ⅱ-Ⅲ2-Ⅳ4型三元化合物,为具有缺陷黄铜矿结构的宽带半导体材料,材料电子机构优化性强,弹性以及光学性质好,用于光学设备乃至电光器件等的制造中,在提高设备性能方面,价值显著。本文以密度泛函理论为基础,对缺陷黄铜矿结构半导体CdAl2S4的电子机构、弹性及光学
2、性质进行了分析: 1宽带半导体材料模拟计算方法 以密度泛函理论为基础进行模拟计算。将CdAl2S4拆分开来,分为Cd、Al以及S三个部分,三者的价电子组态存在一定差异,Cd电子组态为4d105s2、Al电子组态为3s23p2、S电子组态为3s23p4。电子与电子之间存在的交换关联势,以PBE泛函作为基础进行描述。参数设计情况如表1。 从表1中可以看出,半导体材料参数如下: (1)动能截断值:500eV。 (2)布里渊区k点网格8×8×4。 (3)原子作用收敛标准:10-3eV/A。
3、(4)自洽精度:10-6eV/atom。 2宽带半导体材料的电子机构与性质 2.1宽带半导体材料的电子机构 从晶格结构、能带结构方面,对宽带半??体材料CdAl2S4的电子机构进行了研究: 2.1.1晶格结构 宽带半导体材料CdAl2S4的原子中,不同原子的空间占位不同,具体如表2。 考虑不同原子在空间占位方面存在的差异,应首先采用晶格优化的方法,提高材料结构本身的稳定性,CdAl2S4的晶格结构参数以及键长如下:Cd-S键长2.577、Al1-S键长2.279、Al2-S键长2.27
4、2。a实验值2.553,计算值5.648。 2.1.2能带结构 宽带半导体材料CdAl2S4的能带结构如图1。 图1显示,宽带半导体材料CdAl2S4的价带主要由三部分所构成,分别为低价带、高价带与最高价带: (1)低价带:低价带即能量最低的价带,包括S的s态以及Al的s态等部分,通过对半导体材料CdAl2S4的低价带的观察可以发现,S与Al两者中所包含的原则,具有较高的结合性质。 (2)高价带:与低价带相比,高价带的能量相对较高,判断与Cd原子有关。观察图1可以看出,半导体材料CdAl
5、2S4高价带Cd-d态的局域性较强。 (3)最高价带:最高价带的能量最高,一般在-5.4-0eV之间,该价带包括上下两部分,两部分所包含的能态各不相同。以导带部分为例,其能态一般在3.395eV-6.5eV之间。 2.2宽带半导体材料的性质 从弹性性质、光学性质两方面,对宽带半导体材料CdAl2S4的性质进行了分析: 2.2.1弹性性质 晶体相邻原子的成键性质等,与弹性性质存在联系。从宽带半导体材料CdAl2S4的各向异性因子,该材料的弹性性质呈现各向异性的特点。 宽带半导体材料CdA
6、l2S4的延展性与脆性,与弹性同样存在联系,简单的讲,材料的延展性与弹性呈正相关,材料脆性与弹性,则呈负相关。通常情况下,材料的延展性与脆性如何,可以采用体模量与剪切模量之间的比值来确定,当两者之间的比值在1.75以下时,说明材料的延展性较差,脆性较强,弹性性质较差。相反,当两者之间的比值在1.75以上时,则说明材料的延展性较强,脆性较弱,弹性性质较强。 通过对宽带半导体材料CdAl2S4体模量与剪切模量之间的比值的计算可以发现,比值为1.876,较1.75大,可以认为,该材料的延展性较强,脆性
7、较弱,弹性性质较强。 2.2.2光学性质 半导体材料的光学性质,属于其物理性质中极其重要的一方面,在光学仪器等的研制过程中,对半导体材料的光学性质十分重视。宽带半导体材料CdAl2S4的本质来看,该材料晶体为四方晶系单光轴晶体,各向异性显著。 将光谱能量确定为0-20eV,对材料的光学性质进行了研究,发现半导体材料CdAl2S4的光子能量在3.5eV以下以及12.5eV以上的区域,而不存在在两者之间,可以认为,该材料晶体的光学性质具有各向异性。另外,研究显示,该材料的反射系数可达到0.85,
8、强放射峰在紫外区域,可以认为,宽带半导体材料CdAl2S4具有紫外探测以及紫外屏蔽的光学性质。 3讨论 宽带半导体材料CdAl2S4电子机构相对稳定,延展性较强,脆性较弱,弹性性质较强,具有紫外探测以及紫外屏蔽的光学性质。未来,应对宽带半导体材料的性质进行进一步的研究,以开发出该材料的更多功能,确保其价值能够得到更好的发挥。 4结论 鉴于宽带半导体材料CdAl2S4在电子机构以及弹性性质和光学性质方面存在的特点及优势,可以将其应用到紫外探测以及紫外屏蔽等材料的研制过程中,使
此文档下载收益归作者所有