Fe掺杂GaN及空位的第一性原理研究

admin · 发表于 2022-5-16 23:11:52

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GaN是近些年来新发展起来的第三代半导体材料。GaN具有宽带隙、发光效率高、热导率高、硬度大、介电常数小等优良的光学、电学及化学性质。本文在密度泛函理论框架下，利用第一性原理，对Fe掺杂纤锌矿相GaN、空位掺杂纤锌矿GaN、Fe和空位共同掺杂纤锌矿GaN进行了计算，研究了其磁性、电子结构的变化情况。首先，对Fe掺杂纤锌矿相GaN进行了磁性和电子结构的计算。结果表明，Fe掺杂纤锌矿GaN会在系统中引入反铁磁性（AFM）基态，并且Fe-N键的离子性更强，而Ga-N的共价性更强。其次，对Ga空位和N空位掺杂纤锌矿GaN进行了磁性和电子结构计算。结果表明，GaN中的N空位不会给系统引入磁性，而Ga空位会导致出现磁性，磁矩主要分布在近邻Ga空位的四个N原子上。最后，分析了N空位对Fe掺杂纤锌矿GaN的磁性和电子结构的影响。加入N空位后，系统由半导体性变为半金属性，并且随N空位位置的不同，两个Fe原子的磁性相互作用仍为AFM基态或变为亚铁磁（FIM）基态。加入N空位后，若两个Fe原子的周围环境相同，则磁性相互作用仍为AFM；若两个Fe原子周围环境不同，则磁性相互作用变为FIM。

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