SiC纳米结构的熔化和电子特征的量子尺寸效应

摘要

近年来，低维纳米材料受到人们的极大关注，因为它不仅是理解通过降低维度和尺寸来改变材料光学、电子、机械性能这一观念的基础，而且还是制备具有极大应用价值的纳米级器件的基础。SiC作为一种重要的宽禁带半导体材料具有独特的物理化学性质，例如，高强度、高杨氏模量、良好的抗氧化、抗辐射特性、极好的热导率、电力迁移率，而且其带隙为2.3–3.3 eV，因此被广泛应用于制备工作在恶劣环境下的器件。SiC纳米材料在光电一体化应用中具有很大的潜力。
　　在本论文中，采用大尺度分子动力学模拟方法研究了单壁SiC纳米管的热学行为。采用第一性原理密度泛函理论研究了SiC纳米点、纳米线以及挛晶SiC纳米线的电学性质。
　　1、采用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学方法研究了单壁SiC纳米管的熔化过程。理论计算表明：纳米管直径对于热学特性具有重要的影响。纳米管所具有的附加能量会随着直径的减少而增加。其熔化温度会随着纳米材料尺寸的增加而增加。需要特别指出的是，SiC纳米管的熔化是从Stone-Wales缺陷开始的。
　　2、采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了SiC纳米点和SiC纳米线的电子性质。结论表明：纳米结构的电子性质与它们的尺寸和表面原子悬挂键是否钝化密切相关。表面钝化的纳米线在Г点具有直接带隙的特征。纳米线在方向上的直接带隙起源于纳米线上的量子效应。而且，SiC纳米线的带隙会随着纳米线直径的增加而降低。
　　3、饱和的挛晶SiC纳米线在Г点具有直接带隙的特性，并且饱和(即氢化)纳米线的带隙会随着直径的增加而降低。需要指出的是，在立方密堆积上的六角密堆积的结构对于SiC纳米线的电子性质不会产生影响。最高占有分子轨道和最低占有分子轨道在纳米线轴向上的均匀分布预示着挛晶SiC纳米线会成为制造纳米级光电子器件的优良材料。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 SiC纳米材料的研究现状

1.3 选题目的和意义

1.4 研究内容

第二章 理论计算方法

2.1 第一性原理理论

2.2 第一性原理分子动力学理论基础

2.3 计算材料学的内容和层次划分

第三章 SiC纳米管热稳定性质的第一性原理分子动力学研究

3.1 引言

3.2 计算方法

3.3 结果和讨论

第四章 SiC纳米结构电子性质的第一性原理研究

4.1 引言

4.2 计算方法

4.3 结果和结论

第五章 挛晶SiC纳米线电子性质的第一性原理研究

5.1 引言

5.2 计算方法

5.3 结果和结论

第六章 主要结论

6.1 全文总结

6.2 本论文的创新

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果