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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

氮化铝（aln）陶瓷具备优异的综合性能，是近年来受到关注的新一代先进陶瓷，在多方面都有着广泛的应用前景，例如高温结构材料，金属熔液的浴槽和电解槽衬里、磁光材料、金属基复合材料增强体等。尤其是其具备低的电导率、介电常数和介电损耗，使之成为高密度集成电路基板和封装的理想材料。同时，透明的氮化铝陶瓷可用于光学器件，如用来制造光和电磁波的高温窗口及耐热涂层。本文基于第一性原理，进行纯氮化铝以及掺杂氮化铝的能量优化和计算，计算包括能带结构，态密度以及光学特性，并对计算结果进行一定的分析。预期通过掺杂，实现对氮化铝带隙的调控，改变材料的光吸收率，希望可以帮助研究有关氮化铝光电特性，为氮化铝陶瓷的应用提供理论指导，为高性能氮化铝陶瓷及掺杂氮化铝的研究做一些补充。

国内外研究现状

aln陶瓷，热导率高，膨胀系数低，强度高，耐高温，耐化学腐蚀，电阻率高，介电损耗小，是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。利用aln陶瓷耐热耐熔体侵蚀和热震性，可制作gaas晶体坩埚、al蒸发皿、磁流体发电装置及高温透平机耐蚀部件，利用其光学性能可作红外线窗口。aln薄膜可制成高频压电元件、超大规模集成电路基片等。aln耐热、耐熔融金属的侵蚀，对酸稳定，但在碱性溶液中易被侵蚀。al新生表面暴露在湿空气中会反应生成极薄的氧化膜。利用此特性，可用作铝、铜、银、铅等金属熔炼的坩埚和烧铸模具材料。aln陶瓷的金属化性能较好，可替代有毒性的氧化敏瓷在电子工业中广泛应用。

目前人们对aln的研究主要集中在两个方面。一方面是致力于获得n型或p型半导体材料，其方法大都是aln中引入杂质离子。另一方面则是致力于得到同时兼具电荷属性和自旋特性的稀磁半导体(dms)材料，其方法一般是引入磁性过渡族离子。当今无论是在制备p、n型aln半导体材料还是在获取aln稀磁半导体材料上，所面临的共同难题是掺杂效率太低，这主要是掺入杂质的固溶度较低和离化能较高造成的，从而制约了aln的发展。进一步探究性质更好的受主成分是解决这一难题的渠道之一。

2. 研究的基本内容

基于第一性原理，利用Materials Studio软件对进行纯氮化铝以及掺杂氮化铝的能量优化和计算，计算包括能带结构，态密度以及光学特性，并对计算结果进行一定的分析。

预期通过掺杂，实现对氮化铝带隙的调控，改变材料的光吸收率，并对掺杂之后性能的变化和变化原因进行初步分析。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

方案：利用Materials Studio软件CASTEP模块对纯AlN的能量进行优化计算，包括能带结构、态密度和光学性能，然后进行分析。之后对纯AlN进行掺杂，例如掺入不同浓度的P、B和S，并且可以利用软件进行在纯AlN上制造缺陷，然后进行计算，并且对计算结果进行分析。

进度安排：（1）查阅相关资料（2）打印重要资料（3）撰写绪论（4）Materials Studio建立纯AlN模型计算分析（5）掺杂之后计算分析（6）加入缺陷计算分析（7）绘图（8）总结数据图形（9）撰写论文（10）修改定稿

预期效果：得到纯AlN的能带结构、态密度和光学特性数据，通过掺杂实现对氮化铝带隙的调控，改变材料的光吸收率，并计算得到数据

4. 参考文献

[1]丁利文、范桂芬、李镜人、姚宜峰、吕文中. aln陶瓷的性能及应用[j]. 现代陶瓷技术,2016, 37(1): 22-33

[2]xubo song, zhigangguo, jie zheng, xingguo li and yikang pu, 'aln nanorod and nanoneedlearrays prepared by chloride assisted chemical vapor deposition for fieldemission applications', nanotechnology，2008，19, 115609-115612.

[3]邹清、马鸿雁.氮化铝的研究进展[j].化学研究与应用,2004,16(1):11-14