缺陷黄铜矿半导体AⅡB2ⅢC4Ⅵ电子结构和光学性质的理论研究

摘要

随着科技的发展，人们对半导体材料的需求越来越多，对其特殊性质的应用要求也越来越高。三元化合物半导体AⅡB2ⅢC4Ⅵ，由于其具有透光波段宽、发光性能好、光学强度高和感光性能好等优良特性，能够应用在电光器件、光电子器件、太阳能电池和非线性光学设备等方面，从而引起了人们的广泛关注。为了充分的理解和掌握此类半导体的相关性能，拓宽其应用范围，我们采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法，依托计算机集群的超强计算能力，对ZnGa2S4、ZnGa2Se4、ZnGa2Te4、CdGa2S4、CdGa2Se4和CdGa2Te4六种晶体的晶格结构、电学以及光学性质进行了系统地对比研究，为该类材料的实际应用提供理论基础。
　　 本文分为四部分:第一章，简要介绍半导体材料的发展、第一性原理计算方法进行材料性质研究的优势和半导体材料AⅡB2ⅢC4Ⅳ应用价值及前景;第二章，主要介绍本文进行研究相关的物理基础及第一性原理计算的理论基础;第三章，系统地研究并分析了所研究材料的晶格结构、电学以及光学性质等，其中电学性质主要包括对能带和态密度的分析，光学性质包括对介电函数、折射率、吸收系数、反射系数和损失函教的分析;第四章，对整篇文章的概括和相关结论的总结以及对未来的展望。
　　 通过研究分析，我们得到:ZnGa2S4、ZnGa2Se4、ZnGa2Te4、CdGa2S4、CdGa2Se4和CdGa2Te4六种材料的性质较为类似，光学性质在中间能量区域(4eV～10eV)表现出较强的各向异性，在低能区域(＜4eV)和高能区域(＞10eV)各向异性不太明显。ZnGa2S4、ZnGa2Se4和ZnGa2Te4三种材料的折射率曲线在等离子体频率ωp处有一明显的拐点，且其反射系数在ωp处达到最大值，最大值接近1.0，越过最大值后曲线急剧下降，三种材料的强反射峰均处于紫外区域，可以作为紫外光屏蔽或紫外探测材料:而CdGa2S4、CdGa2Se4和CdGa2Te4三种材料的折射率曲线在(Op处没有明显转折，其反射谱曲线都是双峰结构，且反射系数最大值都在0.8左右，越过反射峰后曲线下降较为缓慢。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 半导体材料的发展

1．2 第一性原理计算研究材料性质的优势

1．3 缺陷黄铜矿结构半导体AⅡB2ⅢC4Ⅵ的研究背景及研究意义

第二章 理论基础

2．1 物理基础

2．1．1 能带理论

2．1．2 半导体光学性质

2．2 第一性原理计算方法

2．2．1 Born-Oppenheimer绝热近似

2．2．2 密度泛函理论

第三章 缺陷黄铜矿结构半导体AⅡB2ⅢC4Ⅵ的电子结构与光学性质

3．1 引言

3．2 计算方法及计算参数的设置

3．3 晶格常数

3．4 能带结构和态密度

3．5 光学性质

3．5．1 介电函数和折射率

3．5．2 吸收系数

3．5．3 反射系数和损失函数

第四章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢

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