应力对(GaP)1/(InP)1(111)超晶格体内和表面电子结构的影响

考虑到应力对超薄层(GaP)₁/(InP)₁(111)结构中Ga-P和In-P键长的作用为均匀分布的情况,本文提出在紧束缚近似下,将应力的影响直接反映到Harrison的交迭积分项中,并利用Recursion方法全面计算了由Keating模型确定的稳定(GaP)₁/(InP)₁(111)超晶格体内和表面的电子结构,结果表明,这种材料的带隙为1.88eV,它比体材料GaP(2.91eV)和InP(1.48eV)的平均值小 关键词：     

(GaAs)_1(AlAs)_1(001)超晶格电子结构的从头计算

本文用密度泛函线性丸盒轨道原子球近似方法(DFT-LMTO-ASA)对(GaAs)_1(AlAs)_1(001)超晶格的电子结构进行了第一原理性计算。利用Lowdin微扰法在矩阵元中计入d态的影响,可使本文方法仅用阶数很小(32×32)的久期方程便可较满意地处理这个超晶格系统。计算并讨论了该超晶格的带隙,导带极小值处各本征态的分波特性以及GaAs和AlAs层间的价电子转移。我们的结果同最近用计算量大得多的从头算赝势法和完整势线性缀加平面波(FLAPW)法所得的结果进行了比较。结果表明,本文方法不仅具有合理的精度,而且有快速高效率的特点,更适于研究层数较多或结构更复杂的半导体超晶格,如(GaAs)m(AlAs)n等系统的电子结构性质。     

生长在Si(OO1)衬底上的超晶格(Si_2)_4/(GaAs)_4的电子能带结构及光学性质

按照Peressi等的第一性原理赝势计算得到的原子几何构形及能带边不连续值,采用紧束缚方法计算了生长在Si(001)衬底上的超晶格(Si_2)_4/(GaAs)_4的电子能带结构及光跃迁振子强度.相应于两种不同的原子几何构形:X端界面及Y端界面情况,超晶格具有不同的基本带隙.但是不管哪种情况,它们都存在能量近乎简并的两类导带底能谷——Γ能谷及△能谷,它们的价带顶都处在Γ点.X端界面超晶格的价带顶附近的状态主要由GaAs层的价态波函数组成.对于Y端界面超晶格的价带顶附近的状态,Si层和GaAs层的价态波函数     

β-SiC(001)-(2×1)表面结构的第一性原理研究

利用缀加平面波加局域轨道(APW+LO)的第一性原理方法计算了β-SiC(001)-(2×1)表面的原子及电子结构. 原子结构的计算结果表明，与Si(001)-(2×1) 表面的非对称性Si二聚体模型不同，β-SiC(001)-(2×1)表面为对称性的Si二聚体模型，其二聚体的Si原子间键长也较大，为0.269nm. 电子结构的计算结果表明，在费米能级处有明显的态密度，因此β-SiC(001)-(2×1)表面呈金属性. 在带隙附近存在四个表面态带,其中的两个占有表面态带已由价带的同步辐射光电子能谱实验得到证实. 关键词： 碳化硅 缀加平面波加局域轨道方法 原子结构 电子结构     

Sb/Si(001)表面的半经验研究

用基于Chadi模型和格林函数方法的一种计算表面应力的半经验方法研究了Sb吸附在Si(001) 衬底上的性质.结果显示,Sb原子在Si(001)表面形成对称的dimer,其键长为0.293nm,表 面以下层的弛豫很小.Sb/Si(001)2×1表面沿着dimer方向的张应力为1.0eV/(1×1cell),而 沿垂直于dimer方向的压应力为-1.1eV/(1×1cell).Sb/Si(001)表面应力的主要贡献来自于 最上面三层表面. 关键词： 表面应力 异质生长 格林函数方法     

应变层超晶格(InAs)n/(GaAs)n的电子结构与价带能量不连续性

采用内部求和d轨道处理下的线性丸盒轨道方法,对在GaAs衬底上生长的应变层越晶格(InAs)_n/(GaAs)_n(001),(n=1,2,3,4,5)的电子结构进行了第一性原理计算,得出了其能带结构、带隙值和态密度分布.本文得出的(lnAs)_1(GaAs)_1在布里渊区中各高对称点的能隙值与从头赝势方法的计算结果相一致,得出的带隙值与光致发光实验结果符合得很好.为了确定该系统的价带能量不连续值(△E_(?)),并全面考虑各因素对其的影响,本文提出一种基于自治超原胞计算及其冻结势处理下的形变势方法.该方 关键词：     

(GaAs)_1(AlAs)_1(001)超晶格与闪锌矿结构Ga_(0.5)Al_(0.5)As合金虚晶能带的对应性

基于线性丸盒轨道原子球近似(LMTO-ASA)数值计算,比较(GaAs)_1(AlAs)_1(001)超晶格与闪锌矿结构Ga_(0.5)Al_(0.5)As合金虚晶能带本征态,发现它们可以用Ⅲ价和Ⅴ价原子平面的分波态进行统一描述,用这种方法详细分析超晶格与闪锌矿结构合金在布里渊区Γ,M(X)和R(L)诸点主要能带本征态之间的对应关系,讨论了超晶格布里渊区能带折叠对本征态的影响。     

用ARUPS和HREELS研究GaP(111)面的表面态

本文利用角分辨紫外光电子能谱(ARUPS)和高分辨率电子能量损失谱(HREELS)研究Ar⁺刻蚀退火处理的GaP(111)面表面态。发现与P原子悬挂键有关的本征满表面态在Г点位于价带顶下0.6eV处,而缺陷引入的空表面态位于价带顶上1.1eV处(Г点)。空表面态引起n型样品表面能带发生1.36eV弯曲。     

3C-SiC(001)-(2×1)表面原子与电子结构研究

采用广义梯度近似的密度泛函理论方法计算了3C-SiC（001）-（2×1）表面的原子及电子结构．计算结果表明,3C-SiC（001）-（2×1）表面为非对称性的Si二聚体模型,其二聚体的Si原子间键长为0.232 nm．电子结构的计算结果表明,在费米能级处有明显的态密度,因此3C-SiC（001）-（2×1）表面呈金属性．在带隙附近存在四个表面态带,一个位于费米能级附近,一个位于费米能级以上5 eV处,另外两个位于费米能级以下的价带中． 关键词： 碳化硅 密度泛函理论计算 原子结构 电子结构     

三氧化钨表面氢吸附机理的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,在广义梯度近似下,研究了立方WO_3,WO_3(001)表面结构及其氢吸附机理.计算结果表明立方晶体WO_3理论带隙宽度为0.587 eV.WO_3(001)表面有WO终止(001)表面和O终止(001)表面两种结构,表面结构优化后W—O键长和W—O—W键角改变,从而实现表面弛豫;WO终止(001)表面和O终止(001)表面分别呈现n型半导体特征和p型半导体特征.分别计算了H原子吸附在WO终止(001)表面和O终止(001)表面的H—O_(2c)—H,H—O_(2c)…H—O_(2c),H—O_(1c)—H和H—O_(1c)…H—O_(1c)四种吸附构型,其中H—O_(1c)—H吸附构型的吸附能最小,H—O键最短,H失去电子数最多,分别为-3.684 eV,0.0968 nm和0.55e,此吸附构型最稳定.分析其吸附前后的态密度,带隙从吸附前的0.624 eV增加到1.004 eV,价带宽度基本不变.H的1s轨道电子与O的2p,2s轨道电子相互作用,在-8和-20 eV附近各形成了一个较强的孤立电子峰,两个H原子分别与一个O_(1c)原子形成化学键,最终吸附反应生成了一个H_2O分子,同时产生了一个表面氧空位.     

应变层超晶格(InAs)n(InP)n(001)电子结构的LMTO计算

基于Linearized-Muffin-Tin Orbitals(LMTO)能带方法,采用内部求和计入空d轨道的处理,对(InAs)_n(InP)_n(001),(n=1,2,3)应变层超晶格的电子结构进行了第一性原理计算。得出了其能带结构,态密度分布(对n=1)。考察了In4d轨道对能带计算的影响,并采用冻结势方法求出了(InAs)_n(InP)_n(001),(n=1,2,3)的价带边不连续值△E_v。 关键词：     

(InAs)1/(GaSb)1超晶格纳米线第一原理研究

半导体纳米线作为纳米器件的作用区和连接部分具有理想的形状, 把电子运动和原子周期性限制在一维结构当中.通过体材料的已知特性, 有效地选择材料组分使纳米线的低维结构优点更加突出.此外, 还可以通过其他方式来调整纳米线特性, 如控制纳米线直径、晶体学生长方向、结构相、表面晶体学晶面和饱和 度等内部或固有的特性;施加电场、磁场、热场和力场等外部影响. 体材料InAs和GaSb的晶格常数非常相近, 因此InAs/GaSb异质结构晶格失配很小, 可生长成为优良的红外光电子材料.另外, 体材料InAs在二元III---V化合物半导体中具有最低的有效质量, 这使得电子限制在InAs层的InAs/GaSb超晶格具有良好的输运特性. 本文通过第一原理计算研究轴线沿[001]和[111]闪锌矿晶体学方向的 (InAs)₁/(GaSb)₁超晶格纳米线(下标表示分子或双原子单层的数量) 的结构、电子和力学特性, 以及它们随纳米线直径(线径约为0.5---2.0 nm)的变化规律.另外, 分析了外部施加的应力对电子特性的影响, 考察了不同线径(InAs)₁/(GaSb)₁超晶格纳米线的电子带边能级随轴向应变的变化, 从而确定超晶格电子能带的带边变形势.     

稳定的GaAs (2 5 1 1)高密勒指数表面的电子结构

采用格林函数方法对具有稳定结构的GaAs(2 5 11)(1×1)表面的电子结构特性进行了计算. 结果表明：对于理想的GaAs(2 5 11)表面，基本带隙内的表面态主要处在三个能量区域，即 -0.1—0.1eV，085—10eV和1.4—1.6eV之间；吸附两个As原子形成(1×1)再构后，表面态的变化主要表现在0.85—1.0eV之间的表面态完全消失.结合电子数目规则，可以确定处在 - 0.1—0.1eV之间的表面态为全部填满的阴离子悬挂键态或再构引起的As As二聚体键的表 面态，而处在1.4— 关键词： 高密勒指数表面 电子结构 电子数目规则     

FLAPW方法研究δ-钚(001)面的性质

采用 FLAPW(全势线性缀加平面波)方法,在广义梯度近似(GGA)、反铁磁(AFM)下研究了δ-钚(001)面的性质.计算得到的表面能系数和功函数分别为0.08 eV/(A)2和3.15 eV,接近其近邻元素α-铀的实验值(0.094 eV/(A)2和3.4～3.9 eV).与体相原子相比,表层原子由于近邻原子数目的减少,5f-5f和5f-6d轨道波函数重叠、杂化几率降低,5f电子定域化特性增强,局部磁矩增大.表层原子向内收缩2.70%,然而,由于表面弛豫能很小,δ-钚(001)面相当稳定.     

晶格失配对GaInP/In_xGa_(1-x)As/In_yGa_(1-y)As倒装三结太阳电池性能影响的分析

传统GaInP/(In)GaAs/Ge三结太阳电池因受其带隙组合的限制,转换效率再提升空间不大.倒装结构三结太阳电池因其更优的带隙组合期望可以得到更高的效率.基于细致平衡原理,结合P-N结形成机理,应用MATLAB语言对双晶格失配GaInP(1.90 eV)/In_xGa_(1-x)As/In_yGa_(1-y)As倒装结构三结太阳电池底、中电池的不同带隙组合进行模拟优化.模拟结果表明在AM1.5D,500倍聚光(500 suns)下,禁带宽度组合为1.90/1.38/0.94 eV的带隙最优,综合材料成本与试验条件,当顶、中电池最优厚度组合为4μm和3.2μm时理论转化效率高达51.22%,此时两个异质结的晶格失配度分别为0.17%和2.36%.忽略渐变缓冲层生长后底电池位错的影响,通过计算0.17%的晶格失配引入1.70×105cm~(-2)的插入位错密度,对比单晶格失配GaInP/GaAs/In_(0.32)Ga_(0.68)As(0.99 eV)倒装结构三结太阳电池光电转化效率仍提高了0.3%.     

1 eV吸收带边GaInAs/GaNAs超晶格太阳能电池的阱层设计

使用In, N分离的GaInAs/GaNAs超晶格作为有源区是实现高质量1eV带隙 GaInNAs基太阳能电池的重要方案之一. 为在实验上生长出高质量相应吸收带边的超晶格结构, 本文采用计算超晶格电子态常用的Kronig-Penney模型比较了不同阱层材料选择下, 吸收带边为1 eV的GaInAs/GaNAs超晶格相关参数的对应关系以及超晶格应变状态. 结果表明: GaNAs与GaInAs作为超晶格阱层材料在实现1 eV的吸收带边时具有不同的考虑和要求; 在固定1 eV的吸收带边时, GaNAs材料作为阱层可获得较好的超晶格应变补偿, 将有利于生长高质量且充分吸收的太阳能电池有源区. 关键词： GaInAs/GaNAs超晶格 Kronig-Penney模型 太阳能电池     

氧空位对ZnO基(110)二维膜材料电子结构的影响研究

在密度泛函理论方法的基础上,系统研究了本征氧化锌和氧空位氧化锌的(110)二维膜材料的形成和电子结构性质.计算分析结果表明,ZnO的本征(110)二维膜比氧空位的(110)二维膜稳定性高,ZnO的(110)二维膜有失去氧的倾向.本征ZnO的(110)膜为直接带隙型材料,带隙宽度为2.3 eV,氧空位(110)膜为间接带隙型材料,带隙宽度为1.877 eV.氧空位的(110)膜导带向下移动,并且导带中的能级简并化.氧空位(110)膜材料的导带底能级有2个能谷,分别位于1.877 eV和1.88 eV,这些位置的能级有效质量比本征膜大幅度增大,这些位置的电子速度普遍较低. ZnO的(110)膜产生氧空位之后,Zn的s电子参与形成其价带顶能级.氧空位(110)膜材料中Zn-O键的混合型结合倾向增大.     

InGaAs(110)解理面的扫描隧道谱的理论诠释

本工作应用截面扫描隧道显微镜(XSTM)研究了 In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP异质结构的(110)解理面.扫描隧道谱(STS)测量结果显示,InGaAs的电流-电压(I-V)隧道谱呈现与衬底InP(110)面完全不同特点.InP的I-V谱呈现的零电流平台宽度(隧道谱表观带隙)接近材料带隙,可基于平带模型解释.In_(0.53)Ga_(0.47)As的表观带隙却比其带隙(室温0.74 eV)高出约50%.这反映了针尖与InGaAs发生隧穿时的不同物理图像,需应用针尖诱导能带弯曲(TIBB)模型来解释.基于三维TIBB模型的计算,我们发现表面态密度是对隧道谱线特征具有敏感影响的参数.适当选取参数不仅能定量解释InGaAs的I-V谱的零电流平台宽度,而且能较准确预言零电流平台的起、止能量位置,并能计算给出与实验高度重合的I-V理论谱线.     

应变层超晶格InAs/InP界面的平均键能行为与价带边不连续性

采用LMTO能带方法,对两种不同应变状态下(自由形变和以InP为衬底),应变层超晶格(InAs)₁(InP)₁(001)和与应变层超晶格的分子层相对应的应变体材料,以及无应变的体材料进行了第一原理计算,并采用冻结势方法求出了两种超晶格各分子层的平均键能。结果表明,能存在应变的情况下,异质界面两边的平均键能非常一致,且这种一致性受应变状态的影响很小,因而可以把它用来作为确定应变层超晶格价带边不连续值(△E_v)的普遍适用的参考能级。研究了应变对 关键词：     

OPCOT在Ru(0001)表面上的紫外光电子能谱研究

采用紫外光电子能谱,研究了新型有机发光材料八芳基环辛四烯(OPCOT)在金属Ru(0001)表面上的电子结构,以及它们之间的相互作用.位于费米能级以下43,69,93和114eV处的4个谱峰分别来自于OPCOT材料中苯环的πCC,σCC,σCH和σHH轨道,位于30eV处的谱峰反映了8个苯环聚合后具有π轨道特性的C—C键.OPCOT材料的价带顶位于费米能级以下25eV处,OPCOT材料在Ru(0001)表面上的功函数为395eV.150℃以下,OPCOT材料可以在Ru(0001)表面稳定存在.随温度的升高,OPCOT材料主要以脱附的形式减少 关键词： 八芳基环辛四烯 光电子能谱 价电子结构 脱附