發(fā)布時(shí)間：2018-04-22 09:01

  本文選題：氧化鋅 + 密度泛函理論��； 參考：《北京科技大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：隨著計(jì)算方法的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的提高,基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法已成為納米材料研究的重要手段,并廣泛地應(yīng)用于原子層面的結(jié)構(gòu)性能預(yù)測(cè)。而ZnO納米材料因其豐富的結(jié)構(gòu)形貌,優(yōu)異的物理化學(xué)性能,在實(shí)驗(yàn)和理論研究中都引起了人們的廣泛關(guān)注。 本文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法,結(jié)合非平衡格林函數(shù)方法,系統(tǒng)研究了一維ZnO納米帶的電子結(jié)構(gòu)和電子輸運(yùn)特性,以及ZnO納米帶與金屬之間的界面電子結(jié)構(gòu)和界面勢(shì)壘。著重研究了ZnO納米帶不同方向上的電子輸運(yùn)差異、納米帶的尺寸效應(yīng)、單軸應(yīng)變、元素?fù)诫s對(duì)電輸運(yùn)性能的影響。同時(shí),還研究了ZnO納米帶與不同金屬電極之間的界面結(jié)構(gòu)和界面勢(shì)壘、界面層間距與ZnO納米帶電子輸運(yùn)的關(guān)系。 研究了ZnO納米帶的極性面方向和非極性面方向電子輸運(yùn)的差異。ZnO納米帶沿[0001]方向的電輸運(yùn)特性具有非對(duì)稱性金屬特性,負(fù)偏壓下的電流響應(yīng)大于正偏壓下的電流響應(yīng)。而ZnO沿[10工0]和[1210]非極性面方向的電輸運(yùn)特性,為對(duì)稱性金屬特性。ZnO沿[1010]方向的電流響應(yīng)大于ZnO沿[1210]方向。不同寬度的ZnO納米帶的電輸運(yùn)特性,可以形成金屬型、半金屬以及半導(dǎo)體的整流特性三種不同的電流-電壓特性,較窄的納米帶隧穿嚴(yán)重,呈現(xiàn)金屬特性；較寬的納米帶形成半導(dǎo)體的整流特性,而寬度居中的納米帶則為混合型電流響應(yīng)。 研究了Cu/ZnO界面層間距與電輸運(yùn)的關(guān)系,Cu/ZnO納米帶的雙電極結(jié)構(gòu)隨著界面層間距的增大,其電導(dǎo)率可以分成兩個(gè)區(qū)間,當(dāng)層間距小于2.3A時(shí),其界面類型為化學(xué)成鍵接觸,大于2.3A之后,其界面類型為物理吸附接觸。Cu/Zn O的界面勢(shì)壘隨納米帶寬度的增大而增加,隨著界面層間距的增加而增大。 研究了應(yīng)變調(diào)控的ZnO納米帶電輸運(yùn)特性。寬度較窄的ZnO納米帶電導(dǎo)率隨應(yīng)變的增大而線性減小,寬度較大的ZnO納米帶電導(dǎo)率隨應(yīng)變的增大而指數(shù)減小。Cu/ZnO納米帶隧穿結(jié)的壓電阻應(yīng)變系數(shù),在大偏壓(0.6V)下,顯示出對(duì)拉伸／壓縮應(yīng)變的非對(duì)稱性現(xiàn)象。在0.8V的偏壓下,拉伸應(yīng)變的壓阻系數(shù)為5.6,壓縮應(yīng)變的壓阻系數(shù)為4.29。而ZnO納米帶和Cu接觸的界面勢(shì)壘,隨著應(yīng)變的增大而線性減小。 研究了Al、Ga、In、N口P摻雜ZnO納米帶的電輸運(yùn)特性,以及摻雜位置與Ga摻雜ZnO納米帶電輸運(yùn)特性的關(guān)系。A1和Ga摻雜ZnO納米帶中的非局域化電子,使ZnO納米帶的電輸運(yùn)特性表現(xiàn)為n型導(dǎo)電特性；Li、N和P摻雜ZnO納米帶表現(xiàn)為p型導(dǎo)電特性；由于In摻雜ZnO納米帶中的局域化電子,使得當(dāng)偏壓為0.2V-0.7V時(shí),出現(xiàn)了負(fù)電阻效應(yīng)。當(dāng)摻雜位于ZnO納米帶內(nèi)部時(shí),可以提供有效的n型導(dǎo)電。隨著摻雜位置向界面移動(dòng),電流響應(yīng)逐漸減小。當(dāng)摻雜位于ZnO納米帶內(nèi)部時(shí),Cu和ZnO之間的界面勢(shì)壘變化很小,約為0.18eV左右；當(dāng)摻雜位置接近界面時(shí),Cu/Zn0界面勢(shì)壘也隨之增大,當(dāng)摻雜缺陷位于界面處時(shí),界面勢(shì)壘約為0.41eV。 研究了Au、Ag、Al、Pt與ZnO納米帶接觸的界面結(jié)構(gòu)和界面勢(shì)壘。金屬與ZnO(0001)接觸的O-M界面比Zn-M界面更為穩(wěn)定。Pt-ZnO(1010)接觸的界面,比Ag-ZnO和Au-ZnO界面更加穩(wěn)定。Au、Pt與ZnO(0001)、ZnO(0001)和ZnO(1010)接觸時(shí),都可以形成有效的肖特基型接觸；Ag只有與ZnO(0001)面接觸時(shí),可以形成有效的肖特基接觸；Ag與ZnO(0001)和ZnO(1010)面接觸時(shí),會(huì)形成歐姆型接觸。
[Abstract]:With the development of computing method and the improvement of computing power, the first principle calculation method based on density functional theory has become an important means of nanomaterial research, and is widely used in the prediction of structural properties at the atomic level. The ZnO nanomaterials, because of their rich structure and morphology, excellent physical and chemical properties, are in the experiment. Both theoretical research and theoretical research have attracted wide attention.
In this paper, based on the first principle method based on density functional theory, the electronic structure and electron transport properties of one dimensional ZnO nanoribbons and the interface electronic structure and interface barrier between ZnO nanoribbons and metals are systematically studied with the nonequilibrium Green function method. The electron transport differences in different directions of ZnO nanoribbons are studied. The effect of the size effect, uniaxial strain and element doping on the electrical transport properties of the nanobelts. At the same time, the interface structure and interface barrier between the ZnO nanoribbons and different metal electrodes, the relationship between the interlayer spacing and the electron transport of ZnO nanometers are also studied.
The electrical transport characteristics of the.ZnO nanoribbons in the direction of the polar and non polar plane transport in the ZnO nanoribbons have asymmetric metal properties along the [0001] direction. The current response under the negative bias is greater than the current response under the positive bias. The electrical transport properties of ZnO along the direction of 0] and [1210] in [10 are symmetric gold. The current response of the characteristic.ZnO along the [1010] direction is greater than that of ZnO along the [1210] direction. The electrical transport properties of the ZnO nanoribbons of different width can form three different current voltage characteristics of metal, semi metal and semiconductor rectifier characteristics, the narrower nanoscale tunneling is serious, and the metal characteristics are present; the wider nanoscale is formed to form semiconductors. Rectifying characteristics, while the nanoribbons with a middle width are mixed current responses.
The relationship between the interlayer spacing of the Cu/ZnO interface and the electrical transport is studied. The conductivity of the double electrode structure of the Cu/ZnO nanometers can be divided into two intervals with the increase of the interlayer spacing. When the interlayer spacing is less than 2.3A, the interface type is chemical bonding contact, and the interface type is the interface barrier of physical adsorption and.Cu/Zn O after more than 2.3A. The increase of rice strip width increases with the increase of interlayer spacing.
The charged transport properties of ZnO nanoscale controlled by strain are studied. The narrow width of ZnO nanoscale conductivity decreases linearly with the increase of strain. The charged conductivity of ZnO nanoscale with a larger width decreases exponentially with the increase of strain, and the tensile / compression strain is shown under large partial pressure (0.6V). Under the bias of 0.8V, the piezoresistive coefficient of the tensile strain is 5.6, the piezoresistive coefficient of the compressive strain is 4.29. and the interface barrier of the ZnO nanoribbon contact with Cu decreases linearly with the increase of the strain.
The electrical transport properties of Al, Ga, In, N and P doped ZnO nanoribbons are studied, and the relationship between the doping position and the charge transport properties of Ga doped ZnO nanometers is related to the non localized electrons in.A1 and Ga doped ZnO nanoribbons. The localized electrons in the doped ZnO nanoribbons make the negative resistance effect when the bias is 0.2V-0.7V. When the doping is inside the ZnO nanometers, the effective n type conduction can be provided. As the doping position moves to the interface, the current response gradually decreases. When the doping is located inside the ZnO nanometers, the interface barrier between Cu and ZnO changes very well. When the doping level is near the interface, the barrier potential of the Cu/Zn0 interface also increases. When the doping defect is located at the interface, the interface barrier is about 0.41eV. 0.41eV..
The interface structure and interface barrier of Au, Ag, Al, Pt and ZnO nanoribbons are studied. The O-M interface of metal and ZnO (0001) is more stable.Pt-ZnO (1010) contact than Zn-M interface, which is more stable than Ag-ZnO and Au-ZnO interface. An effective Schottky contact can be formed when contacted with ZnO (0001) surface, and ohmic contacts will be formed when Ag contacts with ZnO (0001) and ZnO (1010) surface.

【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;O614.241

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1786494