基于第一性原理的钛氮化合物研究

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1、硕士学位论文｜１基于第一性原理的钛氮化合物研究马会会ｚｌ作者姓名指导教师姓名、职称张军琴副教授、申请学位类别工学硕士西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外；也不包含，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本研宄所做的任何

2、贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。Ｉ学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任。本人签名：日期：／ａ西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定：，即研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影。印、缩印或其它复制手段保存论文同时本人保证，结合学位论文研宄成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大

3、学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。＿本人签名：：导师签名－－—°、（丨“日期：＞日期ｔ：ｎＡ＼ｉ（ｉｔＫ学校代码10701学号1511122657分类号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于第一性原理的钛氮化合物的研究作者姓名：马会会一级学科：电子科学与技术二级学科：微电子学与固体电子学学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：张军琴副教授学院：微电子学院提交日期：2018年4月Theinvestigationontitaniumnitrogencompoundsbase

4、donthefirstprinciplesAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinMicroelectronicsandSolid-StateElectronicsByMaHuihuiSupervisor:ZhangJunqinTitle:AssociateProfessorApril2018摘要摘要近年来，第一性原理计算逐渐成为对材料性质进行理论分析的常用手段，在科学研究中起到

5、不可忽视的作用。而CASTEP作为一个执行电子结构计算的第一性原理量子力学代码，在密度泛函的框架下，可以用来模拟各种材料，包括结晶固体、分子以及无定形材料。本文利用CASTEP程序对钛氮化合物进行理论计算以获得实现其应用的理论依据。作为一种新型的陶瓷材料，TiN（氮化钛）不论是在制造业中充当反射材料还是在微电子行业中作为扩散势垒，都很好的发挥了其优良特性，例如高强度以及高硬度等。国内外对它不同结构的异构体研究屡见不鲜，尤其在高压下的相变的研究比较广泛，但是对TiN的异构体的弹性性质尤其是光学性质等的研究相对来说比较少。除此

6、之外，为了寻找既有TiN的韧性又具有TiC的硬度的材料，对二者的固溶体的研究也逐渐成为研究热点。而国际上对TiN1-xCx（x=0,0.25,0.5,0.75,1）三元化合物在电子结构、力学性能、弹性性质以及光学性质的全面的研究计算少之又少。本文采用材料分析软件对包括B1（NaCl型）、B2（CsCl型）、B3（闪锌矿型）和Bh(WC结构)四种结构在内的氮化钛（TiN）材料进行建模和几何优化。在第一性原理计算方法基础之下获得材料的总态密度和局部态密度，继而用于研究材料的电子结构性质。通过能带结构的分析得出TiN呈现金属性质

7、。计算其弹性常数以及各项弹性模量用于讨论其弹性性质以及共价相互作用和热力学性质。结果表明B1型的TiN德拜温度最高即其共价键的强度是最大的。除此之外，本文中还计算了钛氮化合物的介电函数等参数，为研究氮化钛的光学性质提供了理论基础。本文中将TiN的B1结构即NaCl型的晶胞内的原子做了替换，将N原子替换为C原子，以此构造TiN1-xCx（x=0.25,0.5,0.75）的晶胞结构，然后对其进行几何优化和性质的计算。通过分析材料的电子结构发现TiN1-xCx三元化合物均表现为金属性质。而B2和B3型的TiN表现出延展性，B1型

8、的以及TiN1-xCx（x=0.25,0.5,0.75,1）三元化合物均属于脆性化合物。而TiN1-xCx具有弹性各向异性且TiN各向异性程度最大，而在TiN的四种异构体中B2相的TiN的各向异性程度最大。除此之外本文中还计算了钛氮化合物的德拜温度以及晶格热导率。不仅如此，本文还给出了不同组分下的TiN