摘 要
万科深蓝
近年来，半导体在不同条件下费米能级的确定，以及深能级缺陷对发光效率的影响等，都受到了研究人员的广泛关注。本文中所使用的方法是以密度泛函理论为基础的第一性原理方法，采用Materials Studio 8.0中的CASTEP模块建立不同电荷的氧空位和氧间隙位的β-Ga2O3，对于不同的结构进行优化，在优化的基础上我们计算了每个结构的生成焓及形成能，并到生成焓最低的结构，分析这些结构的晶格常数、体系总能量的变化趋势，以及形成能随费米能级的变化。得出了三种氧空位对应的缺陷能级到价带顶之间的距离分别为VO(I) =3.31eV、VO(II)=2.70eV 和VO(III)=3，57eV。以上距离均比1大，这种情况说明了VO均为深施主。并由实验得出β-Ga2O3一号氧空位是深能级缺陷。上述分析对于本实验中对影响半导体发光效率的因素进行研究探讨具有指导意义。在职攻读硕士关键词：β-Ga2O3；第一性原理；形成能
Abstract
In recent years, the determination of Fermi energy levels in semiconductors under different
conditions and the effect of defects in deep energy levels on luminous efficiency have attracted extensive attention from researchers.Used in this article the method is based on density functional theory of the primary principle of method, using Materials Studio CASTEP module in the 8.0 to build different charge oxygen vacancy and interstitial oxygen beta Ga2O3, for different structure optimization, on the basis of optimized we calculated the formation enthalpy of each structure and formation energy, and find the lowest formation enthalpy structure, analyzing the structure of the lattice constant and the change trend of total energy system, and can form along with the change of Fermi level.The distances between the defect energy level corresponding to the three oxygen vacancies and the valence band top are VO(I) =3.31eV, VO(II)=2.70eV and VO(III)= 3,57 eV, respectively.The above distances are all larger than 1, which indicates that all vos are deep donors.And from the experiment, it is concluded that the oxygen vacancy of tanyi -Ga2O3 is a deep level defect.The above analysis is of guiding significance to the study of the factors affecting the efficiency of semiconductor luminescence in this experiment.
岩石学报Keywords: β-Ga2O3产品质量法试题；First principle；formation energy
芜湖月中华情第一章 绪 论
1.1课题背景
现如今社会正在飞速发展，由于半导体可以控制材料的导电性，所以在电子技术，特别是微电子技术领域的迅猛发展做出了突出贡献。183年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况和一般的金属不同，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，然而巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低[1]文登疫情。以上是首次发现了半导体现象。但是直到1911年，才出现了半导体这一名词并将其使用，首次使用该名词的人是考尼白格和维斯。而得出半导体的这四个特性（光生伏特效应、整流效应、光电导效应和霍尔效应）一直到1947年12月才由贝尔实验室完成，并且贝尔实验室发明第一个晶体管，从此便为人类打开了通往电子信息时代的大门。 二十世纪五十年代至今，第一代半导体材料在各种信息及自动控制等领域内被十分广泛的应用，其引领了微电子领域的发展，促进了集成电路的发展，取代了传统的笨重的电子管，
促进了IT行业的发展，一代半导体材料中最具代表性的材料就是硅材料。但是随着科技的发展，人们对于集成度的要求也日益提升，而硅材料具有很多缺陷，如其具有较窄的带隙、具有较低的电子迁移率以及击穿电场，因此使该类半导体材料在一些领域具有很大的局限性如光电子领域以及高频高功率器件等领域。紧接着第二代半导体材料出现了，该类半导体中最具代表性的就是砷化镓，这类半导体材料在一些领域的应用前景极好，如可以用在光电子领域内的一些红外激光器以及红光二极管等。但是第二代半导体在应用上夜具有极大的限制，主要是由于GaAs、InP等材料价格及其昂贵，并且资源匮乏，同时其还具有毒性，极易对环境造成污染，有人甚至认为InP可能会致癌。在此基础上，第三代半导体应运而生，该类半导体又被称作宽禁带半导体，其禁带宽度达到2.2eV以上，如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)以及氧化镓(Ga2O3)等具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点，所以这些半导体材料逐步受到重视。
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