GaN结构相变、电子结构和光学性质

运用第一性原理平面波赝势和广义梯度近似方法,对纤锌矿结构和氯化钠结构GaN的状态方程及其在高压下的相变进行计算研究,分析相变点附近的电子态密度、能带结构和光学性质的变化机制.通过状态方程和焓相等原理得到GaN从纤锌矿到氯化钠结构的相变压强分别为43.9 Gpa和46.0 Gpa;在相变的过程中,GaN由典型的直接带隙半导体转变为间接带隙半导体材料;氯化钠结构GaN相比于纤锌矿结构,介电函数主峰值增强,本征吸收边明显往高能方向移动,氯化钠结构GaN在低能区域的光学性质差于纤锌矿结构.     

Al，Ga掺杂ZnO电子结构和光电特性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似(GGA)的PBE平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO,Al掺杂ZnO(ZnAlO)和Ga掺杂ZnO(ZnGaO)的能带结构、态密度、复介电函数和复电导率. 其中Al或Ga是以替位杂质的形式进入ZnO晶格. 计算结果表明纤锌矿型ZnO,ZnAlO和ZnGaO都是直接带隙半导体材料,掺杂后ZnO的带隙变小,且ZnAlO的带隙略大于ZnGaO. 掺杂后ZnO的电子结构发生变化,费米能级由本征态时位于价带顶上移进入导带,ZnO表现为n型掺杂半导体材料,掺杂后在导带底出现大量由掺杂原子贡献的自由载流子—电子,明显提高了电导率和介电函数,改善了ZnO的导电性能,并且ZnAlO的导电性能要略好于ZnGaO.     

Al，Ga掺杂ZnO电子结构和光电特性的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似(GGA)的PBE平面波超软赝势方法，计算了本征ZnO，Al掺杂ZnO(ZnAlO)和Ga掺杂ZnO(ZnGaO)的能带结构、态密度、复介电函数和复电导率. 其中Al或Ga是以替位杂质的形式进入ZnO晶格. 计算结果表明纤锌矿型ZnO，ZnAlO和ZnGaO都是直接带隙半导体材料，掺杂后ZnO的带隙变小，且ZnAlO的带隙略大于ZnGaO. 掺杂后ZnO的电子结构发生变化，费米能级由本征态时位于价带顶上移进入导带，ZnO表现为n型掺杂半导体材料，掺杂后在导带底出现大量由掺杂原子贡献的自由载流子—电子，明显提高了电导率和介电函数，改善了ZnO的导电性能，并且ZnAlO的导电性能要略好于ZnGaO.     

量子局域效应和应力对GaSb纳米线电子结构影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 研究了不同晶体结构和尺寸的GaSb纳米线能带结构特性和载流子的有效质量, 以及单轴应力对GaSb纳米线能带结构的调控. 研究结果表明: 闪锌矿结构[111]方向和纤锌矿结构[0001]方向的小尺寸GaSb纳米线均出现间接带隙的能带结构, 并可通过单轴应力来实现纳米线能带结构由间接带隙到直接带隙的转变, 其中, 闪锌矿结构[111]方向GaSb纳米线仅在受到单轴拉伸应力时才发生能带由间接带隙到直接带隙的转变, 而纤锌矿结构[0001]方向GaSb纳米线无论受单轴拉伸还是压缩应力的作用均可实现能带由间接带隙到直接带隙的转变; [111]和[0001]方向GaSb纳米线的带隙和载流子有效质量与纳米线直径呈非线性关系, 并随纳米线直径的减小而增大; 同一方向和尺寸的GaSb纳米线, 其空穴有效质量要小于电子有效质量, 这表明小尺寸GaSb纳米线有利于空穴载流子输运.     

In掺杂ZnO电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理平面波超软赝势,计算了纤锌矿ZnO和不同掺杂量下In掺杂ZnO晶体的能带结构、态密度和分波态密度.计算表明,In的掺杂导致ZnO禁带宽度变窄.随着掺杂量的增大,In_xZn_1－xO的导带底和价带顶同时下降,但是导带底比价带顶下降得多,这导致了带隙的变窄.此外,In掺杂使晶胞晶格常数增大,这对带隙的变窄也有一定作用.     

电沉积Co掺杂ZnO的场发射特性研究

在ITO衬底上电沉积了Co掺杂ZnO系列样品,并用X射线粉末衍射仪和扫描电子显微镜测试了样品的结构和表面形貌.结果表明Co掺杂并没有改变ZnO的六方纤锌矿结构,而只在一定程度上改变了表面形貌.样品的场发射特性测试结果显示,随着Co掺杂浓度的增大,开启场强逐渐增大,进而可以判断ZnO体系的带隙依次变窄.Co掺杂引起ZnO能带结构的变化可归因于掺杂元素引入的d电子与基体材料导带和价带中的s、p电子之间的强的sp-d交换相互作用,这将为ZnO的带隙调控提供一种新的思路.     

加压下ZnO结构相变和电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函(DFT)理论的第一性原理,计算半导体ZnO纤锌矿结构和岩盐矿结构状态方程及其在高压下的相变,分析加压下体相ZnO的晶格常数、电子态密度和带隙随压力的变化关系,并将计算结果与文献中的理论和实验数据进行比较.验证在计算金属氧化物时,应用局域密度(LDA)近似计算出的相变压力普遍偏高,采用广义梯度(GGA)近似得到的结果与实验符合较好.     

Ga掺杂ZnO的电子结构与电性能的研究

采用密度泛函理论广义梯度近似第一性原理计算的方法研究了n型Ga掺杂的纤锌矿结构氧化物ZnO的晶格结构、能带结构和态密度,在此基础上分析了其电性能.计算结果表明,掺杂ZnO氧化物晶格a,b轴增大,c轴略有减小;Ga掺杂ZnO氧化物两能带之间具有0.6eV的直接带隙,需要载流子(电子)跃迁的能隙宽度较未掺杂的ZnO氧化物减小;掺杂体系费米能级附近的态密度大大提高,其能带主要由Gas态、Zns态和Os态电子构成,且他们之间存在着强相互作用,其中Gas态电子对导带贡献最大.电输运性能分析结果表明,Ga掺杂ZnO氧化物导电机构由Znp-Op电子在价带与导带的跃迁转变为Gas-Znd-Os电子在价带与导带的跃迁,这也表明Gas态电子在导电过程中的重要作用;掺杂体系费米能级附近的载流子有效质量较未掺杂体系增大,且价带中的载流子有效质量较大,导带中的载流子有效质量较小.     

不同维度ZnO能带结构和电子态密度的研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法来研究不同维度ZnO的能带结构和电子态密度.参考实验上的ZnO晶格参数构建不同维度的ZnO模型并进行结构优化后再计算能带结构和电子态密度.研究结果表明二维和三维ZnO都属于直接带隙半导体且二维ZnO的禁带宽度大于三维ZnO;从三维变到二维,ZnO的电子局域化程度变高且Zn 3d轨道电子从能量较低的能级向能量较高的能级跃迁.本文的研究展示了二维和三维ZnO能带结构和电子态密度的异同,为二维ZnO基的器件研究提供了一定的理论参考价值.     

ZnO 极性表面及其N原子吸附机理的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理赝势法计算了ZnO极性表面的几何结构和电子结构特性,对比分析了ZnO(0001)和ZnO(0001)表面结构弛豫、能带结构、电子态密度及N吸附ZnO极性表面的形成能情况.计算结果表明: 相对于ZnO(0001)表面,ZnO(0001)表面受结构弛豫影响更加明显,而ZnO(0001)表面完整性更好.相对于体相ZnO结构,ZnO(0001)表面的能带带隙变窄,同时价带顶附近能级非局域性增强使晶体表面的导电性能变得更好;而ZnO(0001)表面的能带带隙变宽,由于O^{-关键词： 密度泛函理论 第一性原理 ZnO极性表面 N吸附}