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Ⅳ—Ⅵ族窄禁带半导体化合物PbS由于在红外探测、二极管激光和热电转换材料以及超长距离光通信等技术方面的潜在应用,一直是当今红外物理领域理论和实验关注的焦点和难点之一。
随着计算机速度的提高,利用第一性原理方法对窄禁带半导体材料的电子结构、掺杂和缺陷带来的影响等进行计算模拟,现在正变得越来越热门。这些计算模拟结果一方面可以为实验及材料的生长合成提供合理的理论依据。另一方面,当实验中发现了某种新现象时也可以利用计算机模拟的方法在理论上得到合理的解释,这样通过理论结果就可以优化原有实验方法或进一步实现理论上的预测,为窄禁带半导体材料及器件的设计提供强有力的理论支持。
本文利用第一性原理方法对半导体PbS材料的电子结构进行了研究,其主要结论如下:
1)基于第一性原理总能量平面波全势方法,采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)等不同的交换关联势,计算了面心结构(NaCl结构)PbS的总能,并给出了体系平衡时的晶格常数。讨论了不同交换关联势对晶格常数的影响。分析了体系平衡时的能带结构、能隙、态密度和分波态密度。
2)基于第一性原理总能量平面波全势方法,采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)等不同的交换关联势,计算了体心结构(CsCl结构)PbS的总能,并给出了体系平衡时的晶格常数。讨论了不同交换关联势对晶格常数的影响。与面心结构PbS的结果对比,能量的计算结果表明面心结构PbS较体心结构更稳定。对体心结构PbS的计算结果表明存在能隙,这与同族铅盐化合物实验结果中存在能隙的结论相符合,PbS体心结构能隙的结果有助于实验研究。
3)最后给出了一个简短的研究工作总结。