Si₃N₄作為結(jié)構(gòu)和功能陶瓷材料在工程實(shí)踐應(yīng)用中備受歡迎,因其穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率高等特性,有望成為下一代功率器件的襯底材料。在服役于各種環(huán)境時(shí),本征點(diǎn)缺陷已成為光電器件性能的重要影響因素之一,同時(shí)對(duì)Si₃N₄基的異質(zhì)相界面的微觀(guān)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)進(jìn)行探索研究也變得尤為重要�；诖�,本論文利用第一性原理計(jì)算的方法,從原子尺度研究了不同Si-N原子層中空位(V_Nt1、V_Nt2和V_Si)和填隙(I_N和I_Si)缺陷對(duì)H鈍化β-Si₃N₄（0001）表面結(jié)構(gòu)的電子特性和光學(xué)性質(zhì)的影響,構(gòu)建石墨烯/β-Si₃N₄（0001）異質(zhì)結(jié)并計(jì)算電子特性和光學(xué)性質(zhì),為其進(jìn)一步的實(shí)際應(yīng)用提供理論和指導(dǎo)。（1）二維β-Si₃N₄不同層的單原子空位缺陷體系,結(jié)構(gòu)優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)隨著空位越接近內(nèi)層,... 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Si3N4三種相的晶體結(jié)構(gòu)[4]

碩士學(xué)位論文3降低帶隙使其發(fā)揮更好的利用價(jià)值成為研究的趨勢(shì)，相繼發(fā)現(xiàn)通過(guò)的摻雜、吸附等方式確實(shí)起到了較為明顯的效果[17-20]。伴隨著Si3N4薄膜的問(wèn)世，在20世紀(jì)60年代在硅基集成電路板的鈍化領(lǐng)域上進(jìn)行了應(yīng)用，引起了人們廣泛的關(guān)注。太陽(yáng)能電池作為一種清潔能源的利用方式，逐漸改變著人們的生活。威爾士大學(xué)研發(fā)的光電轉(zhuǎn)化可達(dá)17%的太陽(yáng)能電池已然成為硅基太陽(yáng)能電池的一個(gè)里程碑[21]，為提升電池轉(zhuǎn)化效率，Si3N4薄膜作為減反射膜和鈍化膜被加以運(yùn)用[22-24]，使光電轉(zhuǎn)化效率明顯提升，優(yōu)于SiO2薄膜[25]。加之光電器件也逐漸走向微型化的方向，因而納米Si3N4材料的研究也成為焦點(diǎn)，此外，Si3N4陶瓷基板是半導(dǎo)體功率模塊的部件，也是電力電子領(lǐng)域中最重要的功率器件之一，在電動(dòng)汽車(chē)、軌道交通上起著關(guān)鍵作用。圖1.2Si3N4在多領(lǐng)域的部分應(yīng)用1.2Si3N4中點(diǎn)缺陷的研究現(xiàn)狀同理想晶體相比較而言，實(shí)際晶體材料中出現(xiàn)的缺陷是不可避免的。在理論上，缺陷定義為偏離理想晶體周期性或平移對(duì)稱(chēng)性的結(jié)構(gòu)形式，尤其是對(duì)于晶體中相對(duì)獨(dú)立出現(xiàn)的點(diǎn)缺陷，最基本的以點(diǎn)陣空位、置換原子和填隙原子形式存在，其形成機(jī)理和對(duì)材料性能的影響都是非常重要的。在實(shí)驗(yàn)工作中對(duì)于濃度很低的點(diǎn)缺陷是很難識(shí)別的，然而存在低濃度缺陷的實(shí)驗(yàn)樣品會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷增強(qiáng)，合理運(yùn)用理論計(jì)算可彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)的短板。在大多數(shù)晶體材料中，與原子擴(kuò)散有關(guān)的現(xiàn)象都與存在的點(diǎn)缺陷有關(guān)，嚴(yán)重影響了電導(dǎo)率和許多其它性能。有關(guān)本征缺陷的信息對(duì)于理解和設(shè)計(jì)包含雜質(zhì)、表面和界面至關(guān)重要，因?yàn)檫@些復(fù)雜缺陷和本征缺陷之間的相互作用決定了材料的整體性能。

β-Si3N4（0001）表面本征點(diǎn)缺陷及其異質(zhì)結(jié)的模擬研究10近似歸納處理如圖2.1所示。圖2.1固體能帶理論的近似過(guò)程2.2.1Hohenberg-Kohn定理根據(jù)量子力學(xué)基本原理，設(shè)定已知體系的哈密頓算符H，其定態(tài)薛定諤方程可表示為HΨ=EΨ。如果令體系的基態(tài)波函數(shù)為Ψ0，則對(duì)應(yīng)體系的基態(tài)能量可表示為E0，對(duì)于多粒子體系的波函數(shù)Ψ與體系內(nèi)N個(gè)粒子的坐標(biāo)是息息相關(guān)的，加之體系內(nèi)單個(gè)粒子有3個(gè)自由度，隨著體系N的變大，計(jì)算量就會(huì)變得異常繁重，為了解決這一困難，HohenbergP和KohnW于1964年提出了密度泛函理論[84]。該理論的核心是將電子密度ρ(r)作為試探函數(shù)，其總能E為電子密度的泛函E[ρ]。因此，基于非均勻電子氣理論，提出如下定理：定理一：不計(jì)自旋的全同費(fèi)米子系統(tǒng)的基態(tài)能量是粒子數(shù)密度函數(shù)ρ(r)唯一泛函。定理二：能量泛函E[ρ]在粒子數(shù)不變的條件下，對(duì)正確的粒子數(shù)密度函數(shù)ρ(r)取最小值，且等于基態(tài)能量。定理一保證了粒子數(shù)密度ρ(r)作為體系基本物理量的合法性，同時(shí)，也是密度泛函理論名稱(chēng)由來(lái)的依據(jù)。該定理表明多粒子體系的基態(tài)粒子數(shù)密度ρ(r)與其所處的外勢(shì)場(chǎng)之間是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。確定了體系的粒子數(shù)和哈密頓算符，進(jìn)而確定了體系的所有性質(zhì)。定理二是密度泛函框架下的變分原理，為處理實(shí)際問(wèn)題提供了捷徑。這里所處里的基態(tài)是非簡(jiǎn)并的，將多電子體系的哈密頓量可以表示為：H=T+U+V（2.1）其中T表示電子的動(dòng)能，U表示多電子系統(tǒng)相互作用勢(shì)，V表示多電子系統(tǒng)之外的外勢(shì)。對(duì)于基態(tài)波函數(shù)的積分如下表示：

【參考文獻(xiàn)】：
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