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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

21世纪是以信息技术为核心的时代，半导体材料特别是硅芯片技术和光电子材料与器件技术是信息技术的基础和关键。我国已经把微电子芯片制造技术，光电子材料和器件技术和纳米技术等列为科技发展的重中之重, 优先扶植和发展。近年来，光电子及通信产业发展十分迅速，以硅材料为基础发展起来的硅基材料已经成为硅材料工业发展的重要方向，硅基材料有着很好的发展前景。

目前人们已经发现了多孔硅、纳米硅、掺饵硅和硅超晶格等多种硅基材料，它们的器件工艺与硅工艺相容，这些硅基材料已经被人们进行了广泛的研究与应用。在这当中,si-sio2超晶格是一种极具潜力的硅基发光材料结构。sio2是si表面的一种理想的钝化膜,可以说微电子器件的发展主要归功于sio2而不是si材料本身, 因为si的半导体性质相对于gaas等其他材料来说有迁移率低,禁带宽度小,间接带隙等缺点。但是没有一种半导体材料具有像sio2那样稳定的自体氧化层。目前金属-sio2-si场效应晶体管是微电子产业的核心器件, 在深亚微米(0.35μm 以下)尺寸的cmos集成电路中, 作为栅氧化层的sio2厚度可控制到只有几个纳米,它的制作工艺和质量控制都是非常出色的。可以说si和si-sio2体系是被人们研究得最多、积累的知识和技术最为丰富、工艺最为成熟、成本最低的一类半导体结构。sio2的禁带宽度为8.8ev，导带和价带的能带偏移分别达到3.15 ev和4.55ev。因而由sio2-si-sio2组成的量子阱对电子和空穴都具有很强的量子限制效应。除此之外，它的稳定性也是相当好的，热量对于si-sio2薄膜的影响很小，外加化学气氛对它的作用也非常的小。

si-sio2结构是组成硅基器件和电路的最重要的部分之一, si-sio2界面的质量品质非常重要，它能显著影响硅基微电子器件、光电子器件以及微纳米传感器的性能，因此，对si-sio2界面性质进行相关研究显得尤为重要。

2. 研究的基本内容

（1） 对课题“si-sio2界面电子结构与光学性质的第一性原理研究”进行资料的查阅，理解课题基本要求，熟悉第一性原理方法。

（2） 掌握si-sio2界面的结构及特性，学会使用castep软件来研究该材料的电子结构。

（3） 使用castep软件计算分析hxm和hgm结构si-sio2界面的光学性质。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

（1） 熟悉第一性原理方法及熟练使用materials studio（ms）软件，采用ms实现hxm和hgm结构的si-sio2界面的建模及结构优化；

（2） 使用castep软件来研究计算hxm和hgm结构的si-sio2界面模型的能带结构。

（3） 对优化后的si-sio2界面计算其光学性质，通过介电函数计算材料的折射率、吸收系数以及能量的损失系数。

4. 参考文献

[1] 梁伟华，王秀丽，赵亚军，庞学霞，王英龙. 纳米si 薄膜光学性质和弹性常数的研究[j]. 材料导报,2012,26(7):150-153.

[2] 顾芳.第一性原理研究厚度和空位缺陷对si-sio2界面电子结构与光学性质的影响[j].原子与分子物理学报,2014,31(6):993-999.

[3] 罗春云.si-sio2纳米镶嵌薄膜光电性质的模拟计算分析[d].山西：太原科技大学，2009:39-51.