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《哈尔滨工业大学》 2010年
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BaTiO_3-SiC异质结构的第一性原理研究

陈天鸥  
【摘要】:铁电-半导体异质结构作为传统Si基结构的有力竞争者,在现代集成铁电器件领域的应用越来越广。本文采用第一性原理计算软件CASTEP主要研究由典型铁电材料BaTiO_3、半导体材料SiC构成的BaTiO_3-SiC异质结构,在理论上对其电子特性进行探索性研究,为今后铁电-半导体纳米器件的研制提供理论依据。 首先本文针对BaTiO_3基态下(001)表面和SiC的各种表面结构,从能带结构、态密度、电荷密度分布,表面原子弛豫,表面能等方面进行了详细分析。TiO2终端表面原子弛豫计算所得褶皱参数s为0.092 (?),大于BaO终端的0.065 ?,同样TiO2终端表面能计算结果为1.21eV大于BaO终端的0.94eV,说明TiO2终端表面由于Ti原子悬挂键的存在其稳定性下降,并呈现出较好的吸附特性,因此适于薄膜的外延生长。SiC各种极性表面由于相结构,终端原子,极化取向的不同,特性差异较大,3C-SiC Si终端表面结构呈半导体性质,计算得到的Si终端表面层弛豫参数δz为-6.524,远大于C终端的-12.032,因而C终端表面弛豫很大而表面重构很少,而Si终端有一定的表面重构,因此适于后面异质结的研究。 接着从界面原子结构出发深入讨论了BaTiO_3-SiC异质结构的电子特性,从能带结构,分波态密度,界面能量收敛,电荷密度,差分电荷密度等多方面分析了该异质结构,异质结的禁带宽度为0.098eV,BaTiO_3一侧有明显的位错,同时界面处生成了两种不同的Si-O键,键长分别为1.82 ?和1.83 ?。最后又做了带偏计算,计算得到的带偏为4.809eV,其结果表明电子从SiC一侧很难越过界面势垒到达BaTiO_3侧,从而为研制基于铁电-半导体异质结的纳米器件提供了可能。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN304.01

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【参考文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【共引文献】
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【二级参考文献】
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