| 摘要 | 第5-7页 |
| ABSTRACT | 第7-9页 |
| List of Symbols | 第23-25页 |
| List of Abbreviations | 第25-30页 |
| Chapter 1 Introduction | 第30-38页 |
| 1.1 The problem | 第30-34页 |
| 1.2 Semiconductors and Their Alloys | 第34-36页 |
| 1.2.1 Novel element semiconductors | 第34-35页 |
| 1.2.2 Novel Compound semiconductors | 第35页 |
| 1.2.3 Semiconductor alloys | 第35-36页 |
| 1.3 Thesis Organization | 第36-38页 |
| Chapter 2 Theory of First Principles Calculations | 第38-52页 |
| 2.1 What is the density functional theory? | 第38-44页 |
| 2.1.1 Hohenberg-Kohn Theorem | 第39-41页 |
| 2.1.2 Kohn-Sham Equation | 第41-44页 |
| 2.2 Exchange-Correlation Functional | 第44-46页 |
| 2.2.1 Local Density Approximation | 第44-45页 |
| 2.2.2 Generalized-Gradient Approximation | 第45-46页 |
| 2.3 The Self-Consistent Field | 第46-48页 |
| 2.4 Pseudopotentials | 第48-49页 |
| 2.5 k-points Sampling | 第49-52页 |
| Chapter 3 Novel group IV A element semiconductors | 第52-94页 |
| 3.1 Theoretical methods | 第52-53页 |
| 3.2 Structures | 第53-60页 |
| 3.2.1 Novel phases of Silicon | 第53-59页 |
| 3.2.1.1 Monoclinic symmetry | 第53-56页 |
| 3.2.1.2 Tetragonal symmetry | 第56-57页 |
| 3.2.1.3 Orthorhombic symmetry | 第57-58页 |
| 3.2.1.4 Cubic symmetry | 第58-59页 |
| 3.2.2 Novel phase of Germanium | 第59-60页 |
| 3.3 Stability | 第60-66页 |
| 3.3.1 Silicon allotropes | 第60-64页 |
| 3.3.2 Germanium allotropes | 第64-66页 |
| 3.4 Mechanical properties and anisotropy | 第66-78页 |
| 3.4.1 Mechanical properties | 第66-72页 |
| 3.4.1.1 Silicon allotropes | 第66-70页 |
| 3.4.1.2 Germanium allotropes | 第70-72页 |
| 3.4.2 Anisotropy | 第72-78页 |
| 3.4.2.1 Silicon allotropes | 第72-76页 |
| 3.4.2.2 Germanium allotropes | 第76-78页 |
| 3.5 Electronic band structures | 第78-82页 |
| 3.5.1 Silicon allotropes | 第78-81页 |
| 3.5.2 Germanium allotropes | 第81-82页 |
| 3.6 Thermodynamical properties | 第82-91页 |
| 3.6.1 Minimum thermal conductivity | 第82-85页 |
| 3.6.2 Other thermodynamical properties | 第85-91页 |
| 3.6.2.1 P2/m silicon | 第87-89页 |
| 3.6.2.2 P2221 silicon | 第89-91页 |
| 3.7 Conclusion | 第91-94页 |
| Chapter 4 Novel light element compound semiconductors | 第94-160页 |
| 4.1 Theoretical methods | 第95页 |
| 4.2 Nitride semiconductor | 第95-133页 |
| 4.2.1 Ga N | 第95-109页 |
| 4.2.1.1 Stability | 第95-97页 |
| 4.2.1.2 Structural properties | 第97-98页 |
| 4.2.1.3 Mechanical properties | 第98-105页 |
| 4.2.1.4 Thermodynamical properties | 第105-108页 |
| 4.2.1.5 Electronic properties | 第108-109页 |
| 4.2.2 X3N4 (X=C, Si) | 第109-133页 |
| 4.2.2.1 Stability | 第109-112页 |
| 4.2.2.2 Structural properties under high pressure | 第112-115页 |
| 4.2.2.3 Electronic properties | 第115-118页 |
| 4.2.2.4 Mechanical properties | 第118-123页 |
| 4.2.2.5 Anisotropy | 第123-133页 |
| 4.3 Carbide semiconductor | 第133-145页 |
| 4.3.1 Structural properties | 第133-135页 |
| 4.3.2 Electronic properties | 第135-136页 |
| 4.3.3 Anisotropy in Young’s modulus | 第136-138页 |
| 4.3.4 Thermodynamically properties | 第138-145页 |
| 4.4 Carbonitride semiconductor | 第145-155页 |
| 4.4.1 Structural properties | 第145-148页 |
| 4.4.2 Stability and mechanical properties | 第148-151页 |
| 4.4.3 Anisotropy | 第151-153页 |
| 4.4.4 Electronic properties | 第153-155页 |
| 4.5 Conclusion | 第155-160页 |
| Chapter 5 Energy band modulation of semiconductor alloys | 第160-234页 |
| 5.1 C-Si alloys | 第161-184页 |
| 5.1.1 Theoretical methods | 第161-162页 |
| 5.1.2 Structural properties | 第162-166页 |
| 5.1.3 Stability | 第166-171页 |
| 5.1.4 Mechanical and Elastic anisotropy | 第171-179页 |
| 5.1.5 Band modulation | 第179-184页 |
| 5.2 Si-Ge alloys | 第184-218页 |
| 5.2.1 Theoretical methods | 第184页 |
| 5.2.2 Structural properties | 第184-189页 |
| 5.2.3 Stability | 第189-194页 |
| 5.2.4 Mechanical properties | 第194-200页 |
| 5.2.5 Anisotropy | 第200-209页 |
| 5.2.6 Band modulation | 第209-213页 |
| 5.2.7 Thermal conductivity | 第213-217页 |
| 5.2.8 Optical properties | 第217-218页 |
| 5.3 Ca_(1-x)Mg_xO alloys | 第218-227页 |
| 5.3.1 Structural parameters | 第218-220页 |
| 5.3.2 Mechanical properties and stability | 第220-222页 |
| 5.3.3 Elastic anisotropy | 第222-225页 |
| 5.3.4 Band modulation | 第225-227页 |
| 5.4 Ga_(1-x)Al_xN alloys | 第227-231页 |
| 5.5 Conclusion | 第231-234页 |
| Chapter 6 Conclusions and Future Research | 第234-238页 |
| 6.1 Contributions | 第234-235页 |
| 6.2 Future Work | 第235-238页 |
| Reference | 第238-258页 |
| Acknowledgement | 第258-260页 |
| Biography | 第260-264页 |
