【摘 要】
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异质结因其优异的电子输运特性和光电性能而被广泛地应用在通信、微电子及光电子等领域。铁电材料和宽禁带半导体都是当今学术界炙手可热的材料,由这两种材料构成的异质结的
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异质结因其优异的电子输运特性和光电性能而被广泛地应用在通信、微电子及光电子等领域。铁电材料和宽禁带半导体都是当今学术界炙手可热的材料,由这两种材料构成的异质结的性质也一直都被人们所期待。本文基于密度泛函理论,运用第一性原理计算的方法,研究了由铁电材料BaTiO3和宽禁带半导体GaN构成的异质结GaN-BTO的基本性质。首先,对GaN和BTO的体材料做了详细分析,主要讨论了两种材料的带隙结构、禁带宽度、态密度以及材料的价键性质等。然后从材料的表面结构入手,分析了两种材料的(001)表面性质,详细讨论了四种端面的原子弛豫情况及表面的电子特性,研究表明:两种材料的(001)表面结构中,越靠近表层,原子的弛豫幅度越大,同层原子中金属原子的弛豫幅度比非金属原子大。Ga端表面比N端表面稳定,BaO端表面比TiO2端表面稳定。接着分析了Nb掺杂的BaTiO3和Al掺杂的GaN的电子结构特性,发现掺杂会导致体系的稳定性变差。对Nb掺杂的BaTiO3来说,掺杂浓度低于25%时,体系的禁带宽度随掺杂浓度的升高而减小;掺杂浓度高于25%时,体系的禁带宽度随掺杂浓度的升高而增加。而Al掺杂GaN后,体系带隙有所增加,价带处的p轨道向高能量方向移动。最后研究了GaN-BTO异质结,并将理想模型与掺杂模型作了简单对比,文章详细分析了理想异质结电子结构特性,并讨论了该异质结的带偏性质。
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