【摘要】：隨著第三次科技革命的興起與科技的發(fā)展,人類對(duì)微觀世界的認(rèn)知日漸精細(xì),目前已經(jīng)可以達(dá)到-1510 m的水平。隨著尺度上的減小,納米材料以其獨(dú)特的物理性質(zhì)受到科學(xué)界的廣泛關(guān)注。氧化鋅作為傳統(tǒng)的寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料,其在光電、壓電、熱電和鐵電等諸多領(lǐng)域都有其獨(dú)特的性能,其具有非常巨大的應(yīng)用潛力和研究?jī)r(jià)值。人們?cè)谖⒂^上對(duì)納米半導(dǎo)體材料的研究包含了二維量子阱、一維量子線、零維量子點(diǎn)或量子環(huán)。近代以來(lái),Zn O基稀磁半導(dǎo)體以其在自旋電子學(xué)中巨大的潛在應(yīng)用前景引起了世界上眾多科研工作者的廣泛關(guān)注。相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果不斷得到報(bào)道。在量子阱、量子點(diǎn)和量子環(huán)方面科學(xué)界已經(jīng)有了非常豐富的研究成果,但是在量子線的研究方面卻相對(duì)較少。本文緊密圍繞Zn O量子線的電子結(jié)構(gòu)這題問題展開,并探討其在磁場(chǎng)下所受到的影響,除此之外,本文還分析了錳摻雜氧化鋅稀磁半導(dǎo)體量子線在磁場(chǎng)中價(jià)帶能帶的變化情況,并研究了該材料在磁場(chǎng)中表現(xiàn)出來(lái)的一些磁光性質(zhì)。本文主要解決的問題和得到的結(jié)論如下:(1)第一章闡述納米材料的發(fā)展歷程,展示其研究的意義。本章主要就Zn O和稀磁半導(dǎo)體的性質(zhì)、特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明,以及對(duì)本文用到的一些理論進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。(2)第二章主要將論文中運(yùn)用的理論模型進(jìn)行詳細(xì)的推導(dǎo),包括k·p微擾法計(jì)算能帶結(jié)構(gòu)、有效質(zhì)量理論。(3)第三章主要計(jì)算Zn O量子線的能帶結(jié)構(gòu)。首先以效質(zhì)量近似為基礎(chǔ)推導(dǎo)出纖鋅礦空態(tài)和電子態(tài)的哈密頓量,通過解薛定諤方程,求出幾個(gè)不同角動(dòng)量hJ時(shí)10個(gè)最低的價(jià)帶子帶。通過對(duì)比B=0T和B=20T時(shí)能帶變化可知,在無(wú)磁場(chǎng)下所有的價(jià)帶子帶都是雙重簡(jiǎn)并的,當(dāng)加入磁場(chǎng)后簡(jiǎn)并態(tài)會(huì)發(fā)生劈裂。(4)第四章主要研究了Mn摻雜Zn O量子線的電子結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì)。本章以六帶k·p微擾有效質(zhì)量理論為基礎(chǔ)求得磁場(chǎng)下Mn摻雜Zn O量子線的電子和空穴態(tài),利用貝塞爾函數(shù)展開法求解薛定諤方程,進(jìn)而計(jì)算出不同角動(dòng)量hJ下10個(gè)最低的價(jià)帶子帶。我們發(fā)現(xiàn),所有的價(jià)帶子帶在磁場(chǎng)下將不再簡(jiǎn)并。此外,我們還發(fā)現(xiàn),在磁場(chǎng)B不為0時(shí),所有hJ為正的空穴態(tài)將發(fā)生反轉(zhuǎn),為負(fù)時(shí)不會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。在本章的后半部分,我們計(jì)算并繪制了Mn摻雜Zn O量子線在?點(diǎn)附近一些低能量的磁吸收譜,通過對(duì)比分析,我們發(fā)現(xiàn)吸收峰的數(shù)量會(huì)隨著載流子濃度和溫度的升高而變多。在計(jì)算準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)時(shí)發(fā)現(xiàn),Mn摻雜Zn O量子線導(dǎo)帶的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)不隨Mn離子濃度的變化而發(fā)生改變,但價(jià)帶的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)卻會(huì)隨著Mn離子濃度的增加而增大。
[Abstract]:With the rise of the third science and technology revolution and the development of science and technology, the cognition of the microcosm is becoming more and more fine, and it can reach the level of -1510 m at present. With the decrease of scale, nanomaterials have attracted wide attention due to their unique physical properties. As a traditional wide bandgap semiconductor, zinc oxide has its unique properties in many fields, such as photoelectricity, piezoelectric, thermoelectricity and ferroelectricity. It has great application potential and research value. The study of nanoscale semiconductor materials includes two dimensional quantum well, one dimensional quantum wire, zero dimensional quantum dot or quantum ring. Since modern times, ZnO-based dilute magnetic semiconductors have attracted extensive attention of many researchers in the world for their great potential application in spin electronics. Relevant theoretical and experimental results have been continuously reported. In quantum wells, quantum dots and quantum rings, the scientific community has made a lot of achievements, but the research on quantum wires is relatively rare. In this paper, the electronic structure of Zn O quantum wire is discussed, and the influence of magnetic field on it is discussed. In addition, the variation of valence band in the magnetic field of manganese doped zinc oxide thin magnetic semiconductor quantum wire is analyzed. Some magneto-optic properties of the material in the magnetic field have been studied. The main problems and conclusions in this paper are as follows: (1) the development of nanomaterials is described in Chapter 1, and the significance of their research is demonstrated. In this chapter, the properties and characteristics of Zn O and dilute magnetic semiconductors are briefly explained, as well as some theories used in this paper. (2) in chapter 2, the theoretical models used in this paper are derived in detail. (3) in chapter 3, the energy band structure of Zn O quantum wire is calculated. Based on the effect mass approximation, the Hamiltonian of the empty and electronic states of wurtzite is first derived. By solving the Schrodinger equation, the 10 lowest valence bands with several different angular momentum hJ are obtained. By comparing the band changes of BC0T and BC20T, we can see that all valence band bands are doubly degenerate in the absence of magnetic field, and the simple parallel states will split when the magnetic field is added. (4) in chapter 4, the electronic structure and magnetic properties of Mn doped Zn O quantum wires are studied. In this chapter, the electron and hole states of Mn doped Zn O quantum wires under magnetic field are obtained based on the effective mass theory of six-band k p perturbation, and the Schrodinger equation is solved by Bessel function expansion method. Then 10 lowest valence bands with different angular momentum hJ are calculated. We find that all valence bands will no longer degenerate in a magnetic field. In addition, we also find that when the magnetic field B is not zero, all the hole states with positive hJ will be reversed, and no inversion will occur when the magnetic field B is negative. In the second half of this chapter, we have calculated and drawn Mn doped Zn O quantum wires in? By comparative analysis we find that the number of absorption peaks increases with the increase of carrier concentration and temperature. It is found that the quasi Fermi level of mn doped Zn O quantum wire does not change with the concentration of Mn ion, but the quasi Fermi level of valence band increases with the increase of Mn ion concentration.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN304.21

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