几种重要的金刚石和闪锌矿结构晶体中位错缺陷芯结构及运动机制研究

位错是普遍存在于晶体材料中的结构缺陷，对晶体的性质具有重要的影响。作为被广泛应用于光电子器件的半导体材料，研究其中的位错缺陷具有非常重要的意义。本项目基于位错晶格理论，研究几种重要的金刚石结构和闪锌矿结构晶体中的位错。计算未重构位错的芯结构及Peierls势垒和应力，分析glide部分位错的重构芯结构以及shuffle位错的芯结构。揭示广义层错能对位错芯结构及滑动性的影响规律，确定shuffle位错的运动机制。有助于加深人们对金刚石及闪锌矿结构晶体中位错缺陷及相关物理现象的认识和理解。

位错是普遍存在于晶体材料中的缺陷，对晶体的性质具有重要的影响。一些具有金刚石及闪锌矿结构的半导体材料，被广泛的应用于光电子器件，研究其中的位错缺陷具有非常重要的意义。本项目在普遍位错晶格理论的基础上，结合数值计算得到的广义层错能(γ-面)，对具有金刚石或闪锌矿晶格结构的半导体材料磷化铟、硼碳化合物（BC5）、硅、锗中的位错芯结构及滑动性进行了研究。计算了以上材料中位错的芯宽度以及Peierls势垒和Peierls应力，给出了位错运动过程中能量随位置的变化关系。通过画图，对glide位错及shuffle位错的芯结构进行了分析。此外，作为金刚石的同素异形体，单层石墨以及可以看作为由单层石墨卷曲而成的单壁碳纳米管是近几年的研究热点。根据直径和手性的不同，碳纳米管可以呈金属性，也可以呈半导体性。碳纳米管中存在五边形—七边形缺陷和八边形缺陷。本项目对锯齿型单壁碳纳米管中的八边形缺陷的芯结构及滑动性进行了研究，计算了八边形缺陷的芯宽度以及Peierls势垒和Peierls应力。目前对研究共价材料中的位错时是否用有弛豫的γ-面以及具体如何弛豫仍然存在争议。为了研究γ-面对位错芯结构及滑动性的影响，我们讨论了(12, 0)-(13, 0)纳米管中八边形缺陷的芯结构、能量及滑动性与γ-面中力律修正因子的关系。通过研究，使我们对半导体材料及单壁碳纳米管性质的微观本质有了更加深入的了解和认识。