稀磁半导体Mn:AlAs中无序杂质的第一性原理计算

摘要

随着半导体和微电子技术的发展，稀磁半导体被寄希望成为制作自旋电子器件的最具前景的材料，其中Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体由于其自身特性，受到了广泛的关注。我们采用以平面波基组和赝势为基的VASP软件包和以Muffin-Tin轨道线性组合方法(LMTO)、非平衡相干势近似(NECPA)为基础的Nanodsim软件包进行基于密度泛函理论的第一性原理计算，旨在分析闪锌矿结构的Mn∶AlAs稀磁半导体中Mn的分布以及不同掺杂浓度对体系的影响。
　　我们对Mn∶AlAs的单取代、双取代组态以及在指定组态下不同Mn浓度的情况进行了计算，每种组态都考虑其铁磁相和反铁磁相。对形成能随Mn原子间距的变化情况、自旋极化率和原子磁矩随Mn浓度的变化以及能带和态密度也作了研究。
　　我们的研究结果表明:在单取代组态中，Mn原子更倾向于取代Al原子。在双取代组态中，反铁磁相的Mn_Al-Mn_T1组态则有较低的形成能。在不同的Mn原子浓度下，Mn_Al组态和Mn_T1组态都表现出了较高的自旋极化率，Mn_Al-Mn_T1组态中间隙位的Mn原子对体系的影响要强于替代位的Mn原子。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 稀磁半导体的研究情况

1．1．1 半导体中的杂质

1．1．2 稀磁半导体的类别

1．1．3 稀磁半导体的研究历程

1．2 选题的背景、意义与主要研究内容

1．2．1 选题的背景和意义

1．2．2 本论文的研究内容

第二章 理论基础

2．1 密度泛函理论基础

2．1．1 绝热近似

2．1．2 Hohenberg-Kohn定理与粒子数密度泛函

2．1．3 Kohn-Sham方程

2．2 计算方法基础

2．2．1 LMTO-ASA

2．2．2 第一性原理计算

2．2．3 第一性原理计算软件简介

第三章 稀磁半导体Mn：AlAs中过渡金属取代组态的确定

3．1 引言

3．2 计算细节和结果

3．3 小结

第四章 稀磁半导体Mn：AlAs中无序杂质的研究

4．1 计算参数的设定

4．2 单取代的研究情况

4．2．1 Mn_Al结构的计算结果分析

4．2．2 Mn_T1结构的计算结果分析

4．2．3 小结

4．3 双取代的研究情况

4．3．1 改变Mn2原子浓度的研究

4．3．2 改变Mn1原子浓度的研究

4．3．3 小结

第五章 总结

参考文献

致谢