【摘要】：鍺和鍺錫合金是當(dāng)前硅基光電集成領(lǐng)域的熱點(diǎn)材料,但是其作為間接帶隙材料發(fā)光效率不高,而且生產(chǎn)高質(zhì)量單晶難度也較大,這限制了其在光電器件和光電集成等方面的應(yīng)用。通過能帶工程對(duì)鍺和鍺錫合金的能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控,是改善其能帶特性和發(fā)光效率的重要途徑,這有助于降低生長難度和提高器件質(zhì)量。本文利用基于密度泛函理論的第一性原理方法,并結(jié)合帶隙修正理論和能帶反折疊技術(shù),較系統(tǒng)地研究了弛豫鍺、雙軸和單軸應(yīng)變鍺、單軸應(yīng)變鍺錫合金的晶體結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì),主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1.采用第一性原理方法結(jié)合帶隙修正理論,研究了鍺在不同應(yīng)變下的能帶結(jié)構(gòu)、介電函數(shù)和光學(xué)性質(zhì)。計(jì)算結(jié)果表明,在單軸和雙軸應(yīng)變下鍺均可以由間接帶隙轉(zhuǎn)向直接帶隙,且[110]和[111]單軸應(yīng)變調(diào)控下的帶隙高于雙軸應(yīng)變,擁有更小的應(yīng)變量;(100)和(110)雙軸應(yīng)變調(diào)控下的轉(zhuǎn)變點(diǎn)分別為2.62%和3.17%,而[100]、[110]和[111]單軸應(yīng)變調(diào)控下分別為3.03%、1.81%和1.22%;適當(dāng)應(yīng)變有助于改善鍺的光學(xué)性質(zhì)。2.采用第一性原理方法結(jié)合帶隙修正理論和能帶反折疊技術(shù),研究了弛豫鍺錫合金的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和光學(xué)性質(zhì)。研究表明,鍺晶體中引入錫元素,可以改變鍺錫合金Γ能谷、L能谷和X能谷的相對(duì)位置,有效地改善其能帶結(jié)構(gòu),使其從間接帶隙材料轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋恫牧?轉(zhuǎn)變點(diǎn)為8.859%,與實(shí)驗(yàn)值9%相接近。鍺錫合金態(tài)密度圖中,導(dǎo)帶(0eVE5eV)高能量部分主要是鍺4s態(tài)和4p態(tài)的貢獻(xiàn);在價(jià)帶(-15eVE0eV)高能量區(qū)域(-5eVE0eV)主要是鍺4p態(tài)和錫5p態(tài)的貢獻(xiàn),且鍺4p態(tài)的貢獻(xiàn)大于錫5p態(tài),鍺4s態(tài)和錫5s態(tài)也有少量的貢獻(xiàn),在價(jià)帶部分的低能量區(qū)域(-15eVE-5eV),主要貢獻(xiàn)是鍺4s態(tài)和5s態(tài)提供。3.采用帶隙修正理論和能帶反折疊技術(shù),研究了單軸應(yīng)變鍺錫合金的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu),研究表明,鍺錫合金在不同晶向的應(yīng)變作用下,Γ能谷、L能谷和X能谷的移動(dòng)速率不同。與單軸[100]應(yīng)變和單軸[110]應(yīng)變的結(jié)果相比,相同應(yīng)變下,單軸[111]晶向材料轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋端璧腻a組分最少,張應(yīng)變比壓應(yīng)變更有利于鍺錫合金能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控。
【圖文】：

圖 1.1 金剛石結(jié)構(gòu)Fig. 1.1 Structure of diamond圖 1.2 倒空間的第一布里淵區(qū)Fig. 1.2 First Brillouin zone of inverted space鍺和 α-錫晶體的能帶結(jié)構(gòu)，可以看出，，碳

- 2 -圖 1.2 倒空間的第一布里淵區(qū)Fig. 1.2 First Brillouin zone of inverted space鍺和 α-錫晶體的能帶結(jié)構(gòu)，可以看出，碳零帶隙材料，基本都不適合作為高效光源
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN36;TB34

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7 王木琴;_5W明;R壷陵

本文編號(hào)：2607595