论文部分内容阅读
自然界中,一切温度高于绝对零度的物体都不断地向外辐射红外线。红外线的波长较可见光长,其波长范围是0.75～1000μm,人眼无法直接观察。红外探测器可以将不可见的红外辐射探测出并将其转换为可测量的信号,实现对物体目标的探测与跟踪。CdHgTe材料一直是红外光电技术的重要材料,其禁带宽度可随着Cd的组分及温度调整而覆盖整个红外波段,是当今应用最广泛的红外探测器材料,在国家安全上有重要地位。目前基于局域密度近似(LDA或GGA)的密度泛函理论(DFT)计算往往低估体系的禁带宽度,而这一低估对窄带隙半导体尤为严重。尽管更高精度的方法,如GW方法,能有效地修正这一误差,但是由于计算量较大,目前仍无法用于计算非晶和固溶体等较大的体系。因此,发展一套能够准确描述CdHgTe材料电子结构的模型特别重要。本文采用基于混合泛函的第一性原理和紧束缚(TB)模型相结合的方法,发展了一组能够比较准确描述CdHgTe体系电子结构的紧束缚参数。采用基于混合泛函的第一性原理方法计算了CdTe和HgTe晶体的能带结构、电子态密度和分态密度。将能带结构的计算结果作为输入,我们构建了CdTe和HgTe二元正交的sp3s*基组下的紧束缚模型。此模型能够比较准确地描述CdTe和HgTe晶体的能带结构在费米面附近4 eV范围内的色散关系。将二元紧束缚参数推广到CdHgTe三元体系之后,我们计算了CdχHg1-χTe固溶体和CdχHg1-χTe非晶的禁带宽度随Cd组分的变化关系。对于CdχHg1-χTe固溶体,得到禁带宽度随Cd组分的变化与前人的实验数据吻合；对于CdχHg1-χTe非晶,采用紧束缚方法计算了不同组分体系的带隙宽度随Cd组分的变化,并与基于GGA近似的密度泛函理论的计算结果进行对比。我们发现DFT和TB这两种方法计算所得的禁带宽度随Cd组分变化趋势是一致的,即禁带宽度随组分非单调变化。CdHgTe材料准确紧束缚参数的获取对CdHgTe材料光响应的准确预测特别重要,同时研究工作对于获得新型的光电子红外材料有指导意义和应用价值。