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立方氮化硼(cubic boron nitride,c-BN)和金刚石(diamond)是两种具有极端优异性质的超硬多功能无机非金属材料。尤其是,c-BN不仅具有与diamond类似的高硬度、宽带隙、高弹性模量、高热导率、高的载流子迁移率等众多的优点,在热稳定性和化学稳定性等方面表现得更为优异。因此,它们可以被广泛应用于各个领域。例如,利用其宽带隙的特性(c-BN为6.4 eV和diamond为5.5eV)可以应用于深紫外光辐射和太阳光盲区深紫外光探测器当中,同时因其还具有优越的抗辐照特性,高击穿电压,还可用于X射线、核辐射等高能粒子监控和探测;利用其高弹性模量可以应用在表面声波器件;利用其高度的化学稳定性和生物兼容性可用于电化学或生物传感器;因其具有极高的热导率可应用在激光器和电子器件热沉积;高的载流子迁移率和击穿电场使其可以应用于高频器件;由于diamond和c-BN易于通过掺杂实现半导体特性,在光电领域中也有着广阔的应用前景。此外,diamond的氮原子-空位中心可应用于未来固态量子计算。因此,制备高质量diamond和c-BN单晶以及开发其在各领域内的新颖应用无论对于基础科学还是实际的工业应用都具有十分重要的意义。然而,目前的研究多集中在diamond和c-BN单晶个体。鉴于c-BN单晶在实验合成上的极度困难,开发diamond和c-BN异质结构的组合以及最大程度的发挥和增强两者的优异性能等方面的研究甚少。因此,如果在理论上能够预测diamond和c-BN的异质结构界面的状态以及相应的各种性能,将会为实现基于上述两种高质量超硬多功能材料的半导体异质结提供坚实的实验基础,将具有重要的理论意义和实际的应用前景。基于此,本课题采用第一性原理方法对(100)和(111)方向上的diamond/c-BN异质外延界面处不同成键构型方式进行了结构优化及其相应的电荷转移和能带结构等半导体性能方面的计算。为了确保计算精度,我们在diamond表面构建12层c-BN原子层进行了异质界面性质的计算。结果表明,在(111)和(100)方向上的diamond/c-BN界面处,C-B成键构型的异质界面的结合能最低,为理论上最稳定结构。对C-N键合结构的能带结构和态密度的计算表明,费米能级E_F附近界面态密度的贡献主要来自于N 2s2p,B 2p和C 2p轨道,而对C-B键合结构,贡献主要来自B 2p,N 2p和C 2p轨道。此外,我们还计算了差分电荷密度、结合能和带偏,结果发现C-B成键的结构能量更加稳定,C-B键较C-N键共价强度更高;C-N键的(111)diamond/c-BN界面的带偏结果显示,c-BN的价带顶在diamond价带顶上方0.587 eV处,这与最近的一篇报道中的结果(c-BN的价带顶在diamond价带顶上方0.8 eV)非常接近。本论文通过diamond/c-BN异质结面的结构和电学性质的研究,对外延生长实验过程的机理进行验证和一定的预测,diamond/c-BN异质结的实现将会在高温电子、紫外光电子学和(生物)传感器等方面得到广泛的应用。