系統識別號 | U0002-2607201611532500 |
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DOI | 10.6846/TKU.2016.00890 |
論文名稱(中文) | 以第一原理能帶展開方法研究光電材料之摻雜效應 |
論文名稱(英文) | Doping effects on optoelectronic materials: First-principles band unfolding study |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 物理學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Physics |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 104 |
學期 | 2 |
出版年 | 105 |
研究生(中文) | 林典偉 |
研究生(英文) | Dian-Wei Lin |
學號 | 602210212 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2016-06-30 |
論文頁數 | 51頁 |
口試委員 |
指導教授
-
薛宏中
委員 - 杜昭宏 委員 - 鄭澄懋 委員 - 薛宏中 |
關鍵字(中) |
展開定理 摻雜 缺陷 二維 |
關鍵字(英) |
Unfolding Doping Defect 2-D |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
近代材料科學中,調控材料性質(例如 :電性、磁性、光學性質...等等)最有效方法之一,即在具備週期條件之晶格結構中,引入晶格缺陷(包括 :空缺、摻雜、晶格錯位...等等)。相較於實驗方法(透過新穎技術及濃度控制以製備摻雜晶體),理論計算則是利用超晶胞(supercell)方法,建立原子層級之摻雜晶體模型。然而,進行超晶胞計算,將隨所對應之布里淵區(Brillouin Zone)縮小所致之能帶摺疊效應,而失去計算所得之能帶結構與無摻雜晶體能帶之關聯性。因此,我們的研究工作是結合基底轉換與倒空間展開方法,將超晶胞的能帶結構展開。展開後的能帶結構圖,可以讓我們直接看出摻雜對於能帶結構的影響(如:對稱性破壞、能帶寬度變化…等等),而計算結果可直接與ARPES實驗比較。此工作將探討三類不同的結構 : IV族半導體摻雜結構、III-V族缺陷結構與二維(2-D)石墨烯結構。 |
英文摘要 |
In modern materials science, introducing the impurities (such as, vacancies, dopants, lattice dislocations, etc.) inside a periodic lattice structure is the most effective approach to manipulate the fundamental characteristics of materials, including electronic , magnetic and optical properties. Corresponding to the progress of modern experiments by means of novel techniques and sample preparation of doping crystals, theoretical atomic-level simulation of doping structures can be performed within a supercell scheme. However, the connection between the corresponding structures of doped and undoped compounds will be obscured by zone-folding induced reduction of Brillouin zone in a supercell calculation.. Thus, it is our task to unfold the supercell band structure by combining the basis transformation and momentum space unfolding methods. The unfolded band structure enables us to observe directly the impacts of doping on the band structure such as symmetry breaking and band width modification. A direct comparison between the first-principles unfolded band structure calculations and ARPES measurements can be achieved.. In this thesis, we will study the following three systems: group IV semiconductor doping, group III-V defects and 2D graphene structures. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 第一章 緒論 ................................ ................................ ................................ ............... 1 1-1 1 研究動機 ................................ ................................ ................................ .......... 1 1-2 2 晶格缺陷的理論與實驗研究 ................................ ................................ .......... 2 第二章 計算方法及理論 ................................ ................................ ........................... 6 2-1 1 基本假設 ................................ ................................ ................................ .......... 6 2-2 密度泛函理論 (Density Function Theory) ................................ ................. 10 2-2-1 Hohenberg -Kohn Kohn理論 ................................ ................................ .......... 10 2-2-2n Kohn-Sham 理論 ................................ ................................ ................... 11 2-2-3 交換相干能 ................................ ................................ ............................. 13 2-2-4 K-points sampling................................ ................................ ................. 15 2-2-5 有限平面波基底 ............................... ................................ ..................... 16 2-2-6 Kohn-Sham 方程式 ................................ ................................ .............. 17 第三章 Bloch functions 與 Wannier functions 之比較 ................................ ....... 19 3-1 Bloch functions................................ ................................ .............................. 19 3-2 Wannier Functions ................................ ................................ ....................... 20 第四章 能帶展開理論 ................................ ................................ ............................... 25 4-1 1 展開定理 ................................ ................................ ................................ ........ 25 4-2 2 展開基底 ................................ ................................ ................................ ........ 28 4-3 3 收斂性質測試 ................................ ................................ ................................ 28 第五章 點缺陷對材料能帶結構之影響 ................................ ................................ . 32 5-1 IV 半導體 ................................ ................................ ................................ ....... 32 5-2 III -V族半導體 族半導體 ................................ ................................ .............................. 38 5-3 二維類石墨烯材料 ................................ ................................ ........................ 44 第六章 總結 …………… ………………………………………………………..…………… ..48 參考文獻 ................................ ................................ ................................ ..................... 50 V 圖表目錄 圖 1-2.1 ARPES 的示意圖 ................................ ................................ ........................ 5 圖 2-2.1 LDA 示意圖 ................................ ................................ .............................. 15 圖 2-2.2 K-points sampling 示意圖 ................................ ................................ ........ 16 圖 3-1.1 Bloch functions 結果之示意圖 ................................ ................................ . 19 圖 3-2.1 Wannier functions 轉換結果之示意圖 ............................... ..................... 21 圖 4-3.1 層狀氮化硼展開能帶結構圖 ................................ ................................ ... 30 圖 4-3.2 上圖為矽能帶展開結構之像,左所用 dis_froz_win 為 8 eV 左 .. 31 圖 5-1.1 矽之能帶結構圖 與晶體................................ ............................... 32 圖 5-1.2 矽(摻雜碳 )之能帶結構圖 與晶體................................ ................. 32 圖 5-1.3 上圖為純矽的單元晶胞 (黑線 ),與矽摻雜碳的超晶胞 ,與矽摻雜碳的超晶胞 (色線 )。 ...... 34 圖 5-1.4 矽(摻雜碳 )之能帶結構圖 、晶體與弛豫的矽偏移量............. 35 圖 5-1.5 矽(摻雜鍺 )之能帶結構圖 與晶體................................ ................. 36 圖 5-1.6 矽(摻雜鍺 )之能帶結構圖 與晶體................................ ................. 37 圖 5-1.7 能帶結構圖比較 ................................ ................................ ....................... 37 圖 5-2.1 氮化硼之能帶結構圖 、晶體與布里淵區....................... 38 圖 5-2.2 氮化硼 (硼空缺 )之能帶結構圖 與晶體................................ ........ 39 圖 5-2.3 氮化硼 (氮空缺 )之能帶結構圖 與晶體................................ ........ 40 圖 5-2.4 氮化硼 Zincblende Zincblende 結構 (硼空缺 )之能帶結構圖與晶體。 ……... …… .42 圖 5-2.5 氮化硼 Zincblende Zincblende 結構 (氮空缺 )之能帶結構圖與晶體。 …… .…43 圖 5-3.1 石墨烯之能帶結構圖 、晶體與布里淵區石墨烯之能帶結構圖 、…………… …… .. …44 圖 5-3.2 Silicene Silicene 之能帶結構圖 、晶體結構與布里淵區結構圖 ..................... 45 圖 5-3.3 Silicene Silicene 移除一顆矽原子以碳取代 之能帶結構圖。 …………………………… .46 圖 5-3.4 Silicene p -能帶結構投 -能帶結構投 ………………………………………………………………………………………… …47 |
參考文獻 |
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