Термодинамические и магнитные свойства полупроводниковых соединений из "первых принципов"

• Автор: Байков, Виталий Игорьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с.

0.1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1 МЕТОДЫ ПЕРВОПРИНЦИПНЫХ РАСЧЕТОВ

1.1 Теория функционала плотности

1.2 Приближение когерентного потенциала

1.3 Метод линеаризованных muffin-tin орбиталей (ЛМТО)

1.3.1 Энергия Маделунга неупорядоченных металлических сплавов в ПКП

1.3.2 Методика расчета спектральной функции в ЛМТО-ПКП

1.3.3 Методика учета распределения Ферми для расчетов электронной структуры при конечных температурах

1.4 Метод точных МТ-орбиталей (ТМТО)

1.5 Метод локально самосогласованной Гриновской функции

1.5.1 Методы с линейным скейлингом

1.5.2 Метод ЛСГФ
2 ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СОЕДИНЕНИИ АРСЕНИД ГАЛЛИЯ
^ 2.1 Обзор экспериментальных и теоретических результатов
2.2 Методика исследований
2.3 Результаты и их обсуждение

2.3.1 Собственные дефекты
2.3.2 Примеси переходных металлов в СаАэ
2.3.3 Параметр решетки в разбавленных полупроводниках
3 МАГНИТНАЯ СТРУКТУРА ПРИМЕСЕЙ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ
3.1 Обзор экспериментальных и теоретических результатов
3.2 Методика исследований
3.3 Результаты и их обсуждение
4 ИССЛЕДОВАНИЕ СОЕДИНЕНИЯ Ее81 ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ
^ 4.1 Введение
4.2 Методика исследований
4.3 Результаты и их обсуждение
4.3.1 Структурные переходы под давлением
4.3.2 Исследование термодинамической стабильности соединения Ре81 под высоким давлением
Заключение

0.1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
Почти все замечательные свойства полупроводников, определившие быстрое развитие современной электроники, обязаны с одной стороны глубокой очистке полупроводниковых кристаллов, а с другой легированию их регулируемой дозировкой примесных атомов. Поэтому изучение различных аспектов состояния и поведения точечных дефектов (примесей, вакансий, межузельных атомов и антиструктурных дефектов) является чрезвычайно актуальной научной и технической проблемой, которая с течением времени только расширяется и углубляется. Современное развитие микроэлектроники заставляет обратить особое внимание на малое и даже на единичное количество дефектов, способное привести к выходу из строя полупроводникового прибора. А создание новых материалов, сочитающих в себе как транспортные, так и магнитные свойства электронов внутри одного кристалла (разбавленные магнитные полупроводники), является важнейшей проблемой современной физики.
В технике применяют не идеальные, а реальные кристаллы, отличительной особенностью которых является присутствие в них разнообразных дефектов, так как с термодинамической точки зрения появление дефектов в кристаллической решетке неизбежно. Чтобы выявить дефекты и принять меры для нейтрализации их вредного влияния или развить их полезные свойства, необходимо ясно представлять процессы дефектообразования, а также сопутствующие электронные процессы. В настоящее время достигнут большой прогресс в исследованиях твердых тел, основываясь на фундаментальных квантовомеханических представлениях. Разработанные эффективные методы и вычислительные мощности современных компьютеров дают возможность проводить расчеты электронной структуры и термодинамических свойств достаточно сложных систем, задаваясь только атомными номерами элементов и кристаллической структурой.
N. И,
11итЬег о( аЮтв
* Рис. 1.2:
Схема роста вычислительных затрат на решение задачи о нахождении электронной структуры традиционным 0(М3) методом (сплошная линия), а также 0(ЛГ) методом для различного числа атомов включаемых в зону локального взаимодействия: М (короткая штриховая линия) и 2М (штриховая линия), при увеличении числа атомов N в рассматриваемой системе.
в силу того, что в них размер ЗЛВ должен быть выбран очень большим, если надо получить надежное описание электронных свойств, в особенности, в случае металлических систем [48, 49].
Причина этого недостатка может быть понята из следующего рассмотрения. Из схемы, представленной на рис. 1.1Ь можно видеть, что вся информация об исходной системе за пределами ЗЛВ является в рассмотренных методах полностью утраченной. Поэтому, чтобы не потерять существенную физическую информацию об А- исходной системе, необходимо включать в ЗЛВ как можно больше атомов. Вопрос
теперь может быть сформулирован следующим образом: можно ли сделать атом в центре ЗЛВ более "близоруким"? В работах [46,47] было предложено, что сходимость