不同尺寸GaN纳米团簇的结构形态

摘要

氮化镓（GaN）材料广受科学界的重视，目前已是半导体研究的重要热点之一。如今，由于GaN材料具有宽的直接带隙、高临界场强和高发光效率等特性，使得它成为了光电领域中不可缺少的材料，GaN光电器件在诸多领域中的应用价值也都非常之大。 本文用分子动力学模拟方法，并结合多种微观结构表征方法，例如径向分布函数（Pair Distribution Function,PDF）与可视化技术，模拟了多个冷速与多个压强下液态GaN的凝固过程，观察其微观结构的演变过程，全面、深入地对不同尺寸GaN纳米团簇的结构形态进行探究与分析。 研究结果表明，在冷速为1×1012K/s的条件下，GaN的短程有序度在降温过程中逐渐增强，最终形成非晶体。通过可视化分析法，可知在凝固过程中，体系中尺寸较大的闪锌矿结构的纳米团簇、纤锌矿结构的纳米团簇以及两种晶体结构连接在一起形成的纳米团簇的结构与形态一直向着更稳定的趋势演变，并且该结构的形成是一个不断分裂与聚合的过程。 不同冷速下的液态GaN凝固过程的模拟结果表明，体系在模拟的四个冷速下（1×1011K/s、1×1012K/s、1×1013K/s、1×1014K/s），都形成非晶态结构，短程有序度随着冷速的降低而升高。在温度为200K时，系统中同样形成的上述三种最大纳米团簇的尺寸均随着冷速的升高而减小，同时也会有更多尺寸较小的纳米团簇出现。 不同压强下的液态GaN凝固过程的模拟结果表明，系统在所模拟的压强条件下（1GPa、5GPa、10GPa.、20GPa、50GPa），均形成了非晶态结构，短程有序度随着压强的增大有不同程度的减小。系统最终也在200K时形成的上述所有最大纳米团簇的尺寸，随着压强的增大都有不同程度的变小，其中在50GPa下尺寸减小最多，同时系统中也会存在许多小尺寸的纳米团簇。

目录

第一章 前言

1.1 引言

1.2 GaN的研究现状

1.3 材料凝固过程的计算机模拟

1.4 研究的重要内容与意义

第二章 模拟与计算方法

2.1 引言

2.1.1 分子动力学方法基本原理

2.1.2 势能函数

2.1.3 时间步长和运动积分

2.1.4 边界条件

2.1.5 系综

2.2 微观结构表征方法

2.2.1 双体分布函数

2.2.2 键角分布函数

2.3 本章小结

第三章 液态GaN快速凝固过程的微观结构演变

3.1 引言

3.2 模拟条件

3.3 结果和分析

3.3.1 原子平均能量

3.3.2 双体分布函数

3.3.3 可视化分析

3.4 本章小结

第四章 冷速对液态GaN快速凝固过程中微观结构的影响

4.1 引言

4.2 模拟条件

4.3 结果和分析

4.3.1 原子平均能量

4.3.2 双体分布函数

4.3.3 可视化分析

4.4 本章小结

第五章 压强对液态GaN快速凝固过程中微观结构的影响

5.1 引言

5.2 模拟条件

5.3 结果和分析

5.3.1 原子平均能量

5.3.2 双体分布函数

5.3.3 可视化分析

5.4 本章小结

第六章 总结

6.1 总结

致谢

参考文献

附录

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