ZnSe的结构和热力学性质的研究.pdfVIP

王雨 田等 ：ZnSe的结构和热力学性质 的研究 ZnSe的结构和热力学性质的研究 王雨田，孙慧卿，郭志友，曾 坤，赵华雄 (华南师范大学 光电子与材料技术研究所 ，广东 广州 510631) 摘 要 ： 采用第一性原理的平面波极软赝势的密度 G (V ，P，』’)一 E(V)+A Ib(@(V) ，7’) (1) 泛函理论研究了ZnSe的结构 ，在 OK 时晶格常数、体 在公式的右边 E(V)表示每个 ZnSe原胞 的总能 弹性模量及其对于压强的一阶导数 。计算结果与实验 量 ，P，V和 T分别是压强、体积和温度 ，Ai代表振动 值和其它理论计算的结果相符。通过准谐德拜模型， 的Helmholtz自由能 ，其 中@()是德拜温度 ，考虑到 计算出不同温度和压强下的热容和德拜温度热膨胀系 准谐近似并使用声子态密度 的德拜模型，Am可 以用下 数。发现 ZnSe的热容随着压强的增加而减小，德拜温 面的形式 ： 度随着压强的增加而增加 。并成功地获得 了0GPa下 A一nkBE~+3I__e--OT／一D()] 体弹性模量、热容和热力学温度的关系。 关键词： 泛函密度 ；准谐德拜近似 ；热力学性质 D(D／T)是德拜积分 ，、忌n分别是每个原胞 中原 中图分类号： 0614；O642 文献标识码 ：A 子的个数和玻尔兹曼常数 ，@可表达为： 文章编号 ：1001-9731(2010)03-0481-03 @一 [6丌 门)√ (3) 1 引 言 M 是每个原胞中的分子质量 ，B。是用来表示 晶体 ZnSe是 Ⅱ一Ⅵ族化合物半导体 的杰 出代表 ，具有 压缩率 的绝热体弹性模量 ，B 可以表达为 ： 一 系列优 良的物理化学性质 。例如较高的熔点，直接 B。≈ )一V( ) (4) 跃迁的能带结构和离子键成分较高的特点等。ZnSe 为泊松 比其取值为 0．25，厂()的具体的表示式 可广泛用于蓝绿激光器 的光源材料L1]、红外窗 口材料 详见参考文献El5]，非平衡 Gibbs函数 G ( ，P，T) 和探测器材料等等r2]。尽 管 ZnSe材料 已经有一定的 对体积要求最小值 ： 研究l3]，但是这些研究集中于 ZnSe薄膜的制备 6【]， 以及量子阱和超晶格特性上l8]，而体材料的发展空间 f＼ oV 1／—0 …(5) 仍然很大[1。因此本文利用平面波赝势 的密度泛函 由式(5)就能得到热状态方程 ，且等温体弹性模量 理论研究了ZnSe的基本性质参数 ，获得 了ZnSe的平 B 、热膨胀系数 a表示为 ： 衡晶格常数 口、体弹性模量及其对压强的一阶导数 ，另 外通过准谐德拜模 型 (quasi-harmonicDebyemode1) B一( )盯 ㈤ 计算 了ZnSe的热力学性质，为 ZnSe材料 的制备和应 用提供理论依据 。 C一3nkB[4D()一 ] 2 计算方法 a一 ㈣ 在电子结构的计算中采用 CASTEP[1妇完成 ，它是 其 中y是格林爱森 (Gruneisen)参数。 基于密度泛函理论的从头算量子力学程序 。采用超软 3