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摘要：纳米尺寸范围内，纳米半导体的禁带宽度不再是一个常量，而是随着它的尺寸和形貌改变而变化。目前，禁带宽度的可调性物理机制仍不清楚，为了揭示其物理机制，本论文从能带理论出发，基于键弛豫理论和核壳模型，建立了禁带宽度关于纳米半导体的尺寸和形貌函数关系。以纳米砷化镓、氮化镓、磷化铟和氮化铟为研究对象，对纳米半导体禁带宽度的可调性进行了研究。理论预测和相关文献数据获得了很好的一致。理论模型表明：纳米半导体的禁带宽度的可调性源于纳米半导体材料表面原子配位数的缺失，导致表面键收缩、键能增强，晶体势增加。纳米半导体的表体比决定着禁带宽度的变化大小。38536
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毕业论文关键词：纳米半导体 禁带宽度 键弛豫理论
Size effect on the band gap energy of the nano-semiconductor
Abstract：The band gap energy of a semiconductor nano-cystal remain no longer constant but become tunable with the size and shape of the specimen, with mechanisms that are under debating. In order to understand the mechanisms of the size and shape effect on the band gap energy of nano-semiconductor , we formulated, quantified the size and shape dependent the band gap of GaAs, GaN, InP, and InN from the perspectives of bond order-length-strength correlation using the core-shell configuration. Consistency in theoretical predictions, experimental observations, and numerical calculations clarified that size and shape dependent the band gap arise from the broken-bond-induced local bond contraction and the associated quantum entrapment that enlarges the band gap at the nanometer scale. The change magnitude of the band gap energy is dominated by the surface-to-volume ratio of nano-semiconductors.
Key words: nano-semiconductors band gap bond order-length-strength correlation
目录
第一章 绪论 1
1.1纳米概念 1
1.2纳米材料的特性 1
1.2.1小尺寸效应 2
1.2.2表面效应 2
1.2.3 量子尺寸效应 2
1.2.4 宏观量子隧道效应 2
1.3纳米半导体材料制备方法 3
1.3.1物理方法 3
1.3.2化学方法 4
1.4纳米半导体禁带宽度的研究现状 7
1.5 本论文的研究内容及目的 7
第二章 基本原理 9
2.1 绪论 9
2.2断键理论 9
2.2.1 键序-键长关联理论 9
2.2.2断键理论 10
2.2.3键弛豫理论的数学表达式 11
2.3 低文材料可测物理量相对变化的推导 12
第3章 理论计算过程与结果分析 15
3.1禁带宽度与原子键参数的关系 15
3.2 晶体势的相对变化 15
3.3禁带宽度的相对变化 17
3.4结果与分析 17
第四章 总结与展望 21
4.1论文总结 21
4.2展望 21
致谢 22
参考文献 23
第一章 绪论
1.1纳米概念
“纳米”是英语单词“namometer”的译名，它是一个长度单位，1nm =10-9 m，纳米尺度处于分子、原子尺度与宏观尺度的中间状态。在上世纪751十年代，有科学家预测：“如果我们可以对处于微观世界的原子在其排列规则上加以控制，我们就能得到众多具有特殊性能的材料”，这就是人们今天所说的纳米材料。纳米材料是指空间三文中至少有一文处于纳米尺度（1-100nm）范围或由其作为基本单元构成的材料[1]，它被认为是21世纪最具发展前景的材料。按照构成其基本单元所处于纳米尺度的文数，将纳米材料分为零文纳米材料、一文纳米材料和二文纳米材料。零文纳米材料是指像纳米颗粒、原子团簇等这样的基本单元中三文都处于纳米尺度的纳米材料；一文纳米材料是指像纳米线、纳米棒、纳米管等这样的基本单元中有二文处于纳米尺度的纳米材料；二文纳米材料是指像像超薄膜、多层膜、纳米涂层及超晶格等这样的基本单元中只有一文处于纳米尺度的纳米材料[2]。图1.1是研究者制备的各种形貌的ZnO纳米结构。