cr掺杂浓度对aln半金属性影响的第一性原理研究

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1、第27卷第2期原子与分子物理学报V01．27No．22010年4月JOURNAL0FAT0MICANDMOLECULARPHYSICSApr．2010doi：103969／j．issn．1000—0364．2010．02．030Cr掺杂浓度对AlN半金属性影响的第一性原理研究樊玉勤1．2，王新强'刘高斌，王连轩，胡凯燕h(1．重庆大学物理系．重庆400030；2．重庆科技学院数理系，重庆401331)摘要：本文基于密度泛函理论的第一性原理方法，在广义梯度近似(GGA)下计算了掺杂过渡金属Cr原子后AlN晶体自旋极化的能带结构、分态密度等性质．结果表明，半金属能隙随着掺杂浓度的增大而减

2、小．文中以掺杂浓度为12．5的Cr—AlN(2×2×1)为例。分析了其自旋极化的能带结构、分态密度和磁矩等性质，发现Cr一3d电子对自旋向下子带导带底的能量位置起决定作用．随着掺杂浓度的增大，Cr原子间相互作用增强，Cr一3d能带向两边展宽，导致自旋向下子带导带底的能量位置下降，从而半金属能隙变窄．关键词：AlN；半金属；能带结构；态密度中图分类号：O474文献标识码：A文章编号：1000一O364(2O1O)02—0359—06Concentration’Seffectonthehalf-metallicpropertiesofCrdopedAIN：firstprincipless

3、tudyFANYu—Qin’。，WANGXin—Qiang，LIUGao～Bin，WANGLian—Xuan，HUKai—Yan’(1．DepartmentofPhysics，ChongqingUniversity，Chongqing400030，ChinaI2．DepartmentofMathematicsandPhysics，ChongqingUniversityofScienceandTechnology，Chongqing401331，China)Abstract：Thehalf-metallicpropertiesoftransitionmetalCrdopedwurtzi

4、teAINcrystalwerestudiedbydensity-functionaltheoryusingthegeneralizedgradientapproximation(GGA)fortheexchange·-correla--tionpotentia1．Theresultindicatesthatthehalf-metallicgapdecreaseswithincreasingCrdopedconcen—trations．Analysisofthespin—polarizedbandstructures，partialdensityofstates(PDOS)andth

5、emolec—ularmomentofCr—AlN(2×2×1)showsthattheconductionbandminimumofdown—spinbandsiSde—terminedbyCr一3dstates．TheinteractionbetweenCratomsenhancesandCr一3dbandsbroadenwithincreasingCrdopedconcentratio玎s，whichresultsinthedecreaseoftheconductionbandminimumofdown—spinbands，SOthehalf-metallicgapreduce

6、s．Keywords：A1N，half-meta，energybandstructures，densityofstates在自旋电子器件中极具应用潜力．A1N具有直接1引口宽带隙，它的两种结构纤锌矿和闪锌矿带隙宽度半金属材料在费米面处只有一个自旋方向的分别达到6．2eV，5．11eV，可用来制作蓝光、紫电子，自旋极化率高(理论上可达到100)，因此外光发光器件和光探测器；此外还有高击穿场强、收稿日期2009··04·-2O基金项目重庆市自然科学基金资助项目(CSTC-2007BB4137，CSTC-2006BB415)作者简介樊玉勤(1983一)，女，瑶族，广西南宁人，在读硕士，从事

7、半导体材料的研究．E-mall：＆y．wind@163．com通讯作者王新强．E-mail：xqwang@cqu．edu．an36O原子与分子物理学报第27卷高热导率、化学和热稳定性好等优异性能，可用于晶体的性质，分析掺杂浓度与半金属能隙的关系．电子器件、集成电路封装、介质隔离和绝缘材料，2计算方法与模型尤其适于高温高功率器件；同时，氮化铝晶体与氮化镓(GaN)晶体有非常接近的晶格常数和热膨本文采用A1N的六方纤锌矿结构，它的固体胀系数，是外延生长氮化镓基