半導(dǎo)體材料帶隙寬度的尺寸和溫度效應(yīng)研究.pdf

1、近幾十年來,隨著半導(dǎo)體材料尺寸的減小,許多的實驗研究發(fā)現(xiàn)納米半導(dǎo)體材料出現(xiàn)了完全不同于傳統(tǒng)塊體材料的很多新穎性能。為了研究這些新穎性能,科研工作者們提出了很多經(jīng)典理論如連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和量子近似理論。但是由于納米材料的邊緣效應(yīng),這些理論在解釋材料新穎性能的物理機制都遇到了極大的困難。因此,從物理機制上理解和預(yù)測納米半導(dǎo)體材料的尺寸和溫度產(chǎn)生的應(yīng)變對其光電性能的影響是一個具有挑戰(zhàn)性的工作。
　　由于納米材料表面大量的低配位原子和它們之間

2、的相互作用,使得其性能完全不同于塊體材料。最近提出的鍵序-鍵長-鍵強(BOLS)理論,提出了納米材料尺寸效應(yīng)主要是表面低配位原子的相互作用引起的,其中心思想是低配位原子間鍵變短變強。這使得納米材料的表面區(qū)域產(chǎn)生局域應(yīng)變和能量釘扎,因此修正原子結(jié)合能、哈密頓量等。將BOLS理論發(fā)展到溫度場,提出局域鍵平均近似(LBA),核心思想包括:(1)納米材料的全部或者局部是可以由材料的典型鍵來表述;(2)樣品的可測量可以通過可測量和典型鍵的鍵性質(zhì)參

3、數(shù)(鍵序、鍵型、鍵長和鍵強)的關(guān)系獲得,外加因素對鍵性質(zhì)參數(shù)的影響是確定的。
　　本文研究了半導(dǎo)體材料(IV族Si和Ge,III-V族GaN和AlN,II-VI族ZnSe、ZnS和ZnO)帶隙寬度隨尺寸和溫度的變化關(guān)系。主要結(jié)果為:(1)比表面積主導(dǎo)尺寸效應(yīng)的變化趨勢;(2)表層原子對帶隙寬度的尺寸效應(yīng)起主要作用;(3)納米材料的帶隙寬度的尺寸效應(yīng)源自表面效應(yīng)和表面鍵長收縮和鍵能增加;(4)帶隙寬度隨溫度增加而減小的原因主要是由于