發(fā)布時間：2018-03-11 16:10

  本文選題：非晶半導體　切入點：硫族化合物　出處：《吉林大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：作為電子工業(yè)“血液”的半導體,對整個電子工業(yè)的發(fā)展有著重要意義。而非晶半導體由于其結構上有長程無序、短程有序的特點,所以具有很多獨特的性質。非晶半導體在信息存儲、能量轉換等電子科學領域具有重要的應用價值。因此,探究非晶半導體的結構及其中原子成鍵的特點將極大地有益于改善非晶半導體的器件性能。一般情況下,我們可以通過傳統(tǒng)的熔化—冷卻方法或者激光作用固態(tài)相變等方法獲得非晶半導體。本論文利用第一性原理計算方法,對通過熔化—冷卻獲得的硫族化合物Al Sb和Ge Sb Te非晶半導體的價鍵結構、原子圖像以及在電子激發(fā)下的結構演化規(guī)律進行探索,為理解它們在相變存儲器件應用中的作用提供理論借鑒;另外,我們也考察了在電子激發(fā)效應作用下石墨的成鍵結構和非晶化過程的演化規(guī)律;最后我們探討了應用在紅外光學窗口的半導體Zn S材料的氫缺陷行為。具體內容包括:1.一些硫族化合物可以在外界條件作用下,如激光或者電脈沖作用下,實現(xiàn)非晶相和晶相之間的快速可逆轉變,相變存儲器就是利用這一特點存儲信息的,這些硫族化合物也被稱為相變材料。一般相變存儲材料由三種元素或更多元素組成,銻化鋁雖然是由兩種金屬元素組成的相變材料,但卻展現(xiàn)出了良好的非晶相穩(wěn)定性,并且銻化鋁相變過程中鋁始終保持著非晶狀態(tài)。我們利用分子動力學模擬,獲得了相變材料銻化鋁的非晶原子結構模型。通過統(tǒng)計非晶銻化鋁中的鍵角、配位數(shù)、電子局域函數(shù)和電荷密度差的分布,對其中原子圖像和電子結構進行分析,由此,探究銻化鋁的非晶相能夠穩(wěn)定存在的內在原因。我們發(fā)現(xiàn)非晶銻化鋁中Al和Sb都是主要是以sp3雜化形成共價鍵的方式結合在一起,這構成了非晶銻化鋁的基本價鍵網絡。另外,Al元素會在一定程度上聚集到一起形成三元環(huán)結構,這些三元環(huán)結構展現(xiàn)出一定的金屬性。由此可知,非晶銻化鋁可以分成兩部分:Al富集的部分和Sb富集的部分。Sb富集的部分保證銻化鋁可以結晶,而Al富集部分則保證了銻化鋁晶相和非晶相之間存在明顯的差異,因而保證了非晶銻化鋁穩(wěn)定性,從而實現(xiàn)存儲器件的良好數(shù)據保持力。2.利用激光的電子激發(fā)作用可以實現(xiàn)固態(tài)非晶化,例如激發(fā)作用可以使相變材料Ge2Sb2Te5(GST)的晶格軟化進而無序化。我們在此基礎上利用分子動力學模擬探究了激光的電子激發(fā)作用對GST非晶結構的影響。通過分析體系中四元環(huán)數(shù)量的變化,我們發(fā)現(xiàn)電子激發(fā)可以使非晶GST在一定溫度下繼續(xù)保持長程無序的非晶結構,而不是發(fā)生再結晶,并且激發(fā)量越大越利于非晶結構的保持。3.激光的電子激發(fā)作用不僅能夠實現(xiàn)非晶化,而且還可以改變半導體的成鍵特性。我們研究了金剛石表面的若干層石墨結構在電子激發(fā)作用下結構的演變。從中可以發(fā)現(xiàn),電子激發(fā)可以使得表面的若干層石墨結構變得無序,同時其中一部分碳原子由原來的sp2雜化成鍵結構轉變成了sp3雜化的成鍵結構。如果石墨層的六元環(huán)與金剛石的(111)面的六元環(huán)完全對準并平行,石墨結構部分有可能以金剛石為模板轉化為金剛石結構。4.缺陷是半導體中無序的部分,我們對紅外窗口材料硫化鋅中的氫缺陷起源及微觀原子圖像、遷移路徑等進行了探索。研究發(fā)現(xiàn):當氫原子位于硫化鋅中硫—鋅鍵的中心位置時能量最低,所以硫化鋅中的摻雜劑和載流子都會對鍵中心位置的氫產生非常明顯的影響。相比之下間隙位置的氫是最不穩(wěn)定的。另外,分子動力學的結果表明,即使在室溫下間隙位置的氫也很容易擴散,因此高溫退火的方法可以顯著減少硫化鋅中間隙位置的氫。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN303

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本文編號：1598905