3d過渡金屬摻雜氮化銅的第一性原理研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、氮化銅(Cu3N)薄膜是一種在常溫下處于亞穩(wěn)態(tài)的半導(dǎo)體材料。它的熱分解溫度僅為300-450℃,有較高的電阻率以及在紅外光和可見光波段有較低的反射率,已成為日前光電存儲和電子集成領(lǐng)域中倍受人們青睞的新材料。Cu3N晶胞屬于反三氧化錸(anti-ReO3)型立方結(jié)構(gòu),空間群為Pm3m(221)。Cu原子占據(jù)立方晶胞邊線的中心,N原子占據(jù)立方晶胞的頂點(diǎn)。由于Cu原子未能占據(jù)晶格(111)面的緊密位置,在立方結(jié)構(gòu)中留下了許多空隙,使得這種結(jié)構(gòu)

2、極為特別。當(dāng)Cu原子或者其他原子填充到這些空隙位置,會引起薄膜光學(xué)和電學(xué)等性質(zhì)的顯著變化。
  本論文的中心點(diǎn)是利用以密度泛函理論為基礎(chǔ)的第一性原理相關(guān)方法,通過WIEN2k軟件,對Cu3N及3d過渡金屬摻雜Cu3N(Cu3NM:M=Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)進(jìn)行系統(tǒng)的理論計(jì)算。首先我們對Cu3N及Cu3NM進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,得到最適宜的晶格常數(shù);然后利用得到的最適宜晶格常數(shù),計(jì)算反映Cu3N及Cu3NM電學(xué)性質(zhì)

3、的態(tài)密度,能帶結(jié)構(gòu)和電荷密度;再計(jì)算Cu3N及Cu3NM的結(jié)合能,彈性常數(shù)和復(fù)介電函數(shù)等相關(guān)參量。本文主要研究了3d過渡金屬摻雜對Cu3N結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明:
 ?。?)Cu3N晶胞體積隨著3d過渡金屬原子序數(shù)的增大,以Mn原子為臨界點(diǎn),晶格先膨脹后收縮;
 ?。?)所有的Cu3NM均由摻雜前的間接帶隙半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體,光學(xué)帶隙消失。在純 Cu3N中以Cu的3d軌道電子和N的2p軌道電子結(jié)合為主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)閾诫s后Cu的3

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