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1、基于氧化锌的材料和纳米器件研究答辩人:谢章熠指导老师:卢红亮日期:2014年4月21日目录第一章绪论第二章ZnO的第一性原理计算第三章ZnGeO的第一性原理计算24第四章InGaZnO/Si能带结构研究4第五章ZnO/AAO新型发光器件第六章结论和展望目录2第一章绪论第一个锗基晶体管（左）和CMOS(ComplementaryFinFET横截面示意图-Metal-Oxide-第一个集成电路（右）Semiconductor)GetransistorCMOSScalingMorethan&IntegratedDown&MooreCircuitsM
2、oore’sLaw•Bardeen&•Wanlass&•III-V:GaAs,Brattain&Sah,1963GaNSchockley,•C.Hu,•II-VI:ZnO1947FinFET,•2-D:Graphene•J.Kilby,19991958•etc.第一章绪论3II-VI族半导体的应用光电器件（发光二太阳能电极管、紫池外/可见光探测器）压电效SAW器件应器件随机激光气体传器增益介II-VI族半导感器质体的应用透明导高频电路电电极（高电子迁移率器件）传统场效高功率电应晶体管以及薄膜子器件仍在发展和丰富中…晶体管第一章绪论4纳米尺度Z
3、nO的各种形态生长与蓝宝石衬底上的ZnO纳米线不同放大倍数下的ZnO纳米带纳米三脚架、纳米棒的混合第一章绪论5第一性原理简介•第一性原理，英文为FirstPrincipleso在数学中指公理或假设，在哲学中指不可以由其他假设或者观点推导出的观点，是最为基本的观点。o在物理学中，第一性原理指理论计算，亦作abinitio，译为从头计算。计算建立在最基础的科学理论上，没有任何更为基础的假设、经验模型和拟合参数。ZnO与掺杂的ZnOBSIM模型中大量数学拟合，为ZnGeO完美晶体与缺陷24SPICE仿真器所用BSIMCMG106.0.0,fir
4、stmodelforFinFET第一章绪论6第二章ZnO的第一性原理计算三种ZnO晶格结构示意图(a)Wurtzite，(b)Zincblende，(c)Rocksalt。红色为氧原子，灰色为锌原子。WurtziteZnO3×3×3超胞纤维锌矿（Wurtzite）是最为普通的晶格结构。Rocksalt或者Rochellesalt最为罕见，只在极高压强下才存在。闪锌矿（Zincblende）的准确名称应该是Sphalerite。第二章ZnO的第一性原理计算7能带结构和态密度能带结构图分波态密度图E在G点g强E-k色散关系=>小m*=>大μc价带
5、贡献主要来自锌原子分波态密度图氧原子分波态密度图O2p和Zn3d第二章ZnO的第一性原理计算8Li-Ni共掺杂ZnO稀磁半导体（DilutedMagneticSemi.）是具有磁性的半导体，磁性通过载流子实现，是一个电磁相互作用的复杂体系在半导体中掺入过渡金属（Cr、Mn、Fe、Co、Ni）实现。Li掺杂有利于提高居里温度（T），3d过渡金属在II-VI族半导体中溶解度高。CLi掺杂示意图Ref[19]:O.D.Jayakumar,etal.AdvancedMaterials,2006,18(14):1857-1860.Ref[20]:E
6、.S.Kumar,etal.AppliedMaterials&Interfaces,2011,3(6):1974-1979.第二章ZnO的第一性原理计算9Li-Ni共掺杂ZnO的能带结构和自旋态密度Li-Ni共掺杂的ZnO的能带结构图Li-Ni共掺杂的ZnO的自旋态密度图费米能级略微低于价带，这意味价带附近自旋向上和向下态密度不p型载流子的浓度高。与Kumar等，主要为Ni原子3d轨道贡献。等人实验结果（高迁移率的p型载流子）接近[20]。Ref[20]:E.S.Kumar,etal.AppliedMaterials&Interfaces,2
7、011,3(6):1974-1979.第二章ZnO的第一性原理计算10第三章ZnGeO的第一性原理计算24•ZnGeO,锗酸锌（Zincgerminate）24o宽禁带三元氧化物半导体紫外光探测器o比商用ZnO光致发光强40%o同ZnO类似可以作为紫外光探测器o具有将CO转化为碳氢燃料的能力2o具有光催化分解水和有机污染物的能力o可作为锂电池阳极材料催化分解水锗酸锌球棍模型和多面体模型第三章Zn2GeO4的第一性原理计算11完美ZnGeO的能带结构和态密度24完美晶体的能带结构和分波态密度E在G点强E-k色散关系g=>小m*=>大μc完美晶体
8、的各原子的分波态密度价带贡献主要来自O2p、Zn3d和Ge4p4s第三章Zn2GeO4的第一性原理计算12完美ZnGeO的布居分布24完美晶体的各轨道的布居分布Sp
