稀释磁性半导体

稀释磁性半导体是指Ⅰ—Ⅵ族、Ⅳ—Ⅵ族、Ⅱ—Ⅴ族或Ⅲ—Ⅴ族化合物中,由磁性过渡族金属离子或稀土金属离子部分地替代非磁性阳离子所形成的新的一类半导体材料。这类材料的突出特点是磁性离子磁矩和能带电子自旋之间存在交换相互作用。由此引起材料性质发生一系列重要变化。本文系统介绍这类材料的各种物理性质,包括能带结构,ｓｐ—ｄ和ｄ—ｄ交换作用,磁性质和自旋玻璃特性,光学和磁光性质,输运特性等。最后简单介绍这类材料的应用前景。     

CuGaS_2的晶体生长与发光

具有黄铜矿晶体结构的Ⅰ—Ⅲ—Ⅵ_2族化合物半导体与Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体的晶     

稀释磁性半导体

稀释磁性半导体是指Ⅱ－Ⅵ族、Ⅳ－Ⅵ族、Ⅱ－Ⅴ族或Ⅲ－Ⅴ族化合物中，由磁性过渡族金属离子或稀土金属离子部分地替代非磁性阳离子所形成的新的一类半导体材料。这类材料的突出特点是磁性离子磁矩和能带电子自旋之间存在交换相互作用。由此引起材料性质发生一系列重要变化。本文系统介绍这类材料的各种物理性质，包括能带结构，ｓｐ－ｄ和ｄ－ｄ交换作用，磁性质和自旋玻璃特性，光学和磁学性质，输运特性等。最后简单介绍这类材料     

Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结二维电子气研究进展

半导体异质结在探索新奇物理和发展器件应用等方面一直发挥着不可替代的作用.得益于其特有的能带性质,相对较窄的带隙和足够大的自旋轨道耦合相互作用,Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结不仅在红外器件应用方面具有重要的研究价值,而且在拓扑绝缘体和自旋电子学等前沿领域引起了广泛的关注.尤为重要的是,在以CdTe/PbTe为代表的Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结界面上发现了高浓度、高迁移率的二维电子气.该电子气的形成归因于Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结独特的扭转界面.进一步的研究表明,该二维电子气体系不仅对红外辐射有明显响应,而且它还表现出狄拉克费米子的性质.本文系统综述了近年来Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结二维电子气研究取得的主要进展.首先对Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结扭转界面二维电子气的形成机理进行了介绍;然后讨论该二维电子气在低温强磁场下的输运性质,并分析了它的拓扑性质以及在自旋器件方面的应用前景;最后,展示了基于该二维电子气研制的中红外光电探测器.     

Ⅳ-Ⅵ族半导体材料磁场下的红外介电函数

给出了经典极限下多能谷Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体在磁场下的红外介电函数的一般解析表达式,并通过与k·P模型的结合给出了红外介电函数的半经典处理途径。通过对典型Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体材料PbTe红外介电函数的计算,讨论了能带非抛物性和载流子浓度在多能谷体系中的分布效应对红外介电函数的影响。 关键词：     

半导体超晶格

超晶格材料是用现代薄膜生长技术制成的一种新型材料,它在过去的自然界中从未存在过,是一种完全新的人工制造的晶体. 1970年,美国IBM公司的江崎玲于奈(L.Esaki)和朱兆祥首次在GaAs半导体上制成了超晶格结构[1].以后,半导体超晶格的研究工作得到了很快的发展,不仅研制出GaAs和各种Ⅲ-V族化合物超晶格材料,而且Ⅳ-Ⅳ族、Ⅱ-Ⅵ族、Si超晶格以及非晶态半导体超晶格等也已相继出现,有一些已经获得实用,做成了相当重要的微电子和光电子器件.半导体超晶格以及与之相联系的异质结中的许多物理现象,特别是低维物理现象已引起了人们广泛的兴趣.近…     

PbTe/PbSrTe半导体非对称量子阱中的Rashba效应

窄带隙半导体异质结构的自旋效应最近受到了国际上的很大关注.Ⅳ-Ⅵ族半导体具有各向异性和多能谷的特征,因此可以预期Rashba自旋效应在不同取向的Ⅳ-Ⅵ族半导体量子阱结构中存在显著差异.计算了多个取向的Pb_1-ySr_yTe/PbTe/Pb_1-xSr_xTe非对称量子阱中的Rashba分裂能,结果表明［100］取向的PbTe量子阱的Rashba分裂能在阱宽为5.0nm时 关键词： Ⅳ-Ⅵ族半导体 非对称量子阱 Rashba效应 自旋-轨道耦合分裂     

发光学讲座第三讲 电致发光

电致发光是将电能直接转换成光能的一类发光现象.能够产生电致发光的固体材料很多,但研究得较多且能达到实用水平的,主要是化合物半导体,它包括Ⅲ-V,Ⅱ-Ⅵ和Ⅳ-Ⅳ族的二元和三元化合物.电致发光按其材料的形态分类,有粉末、薄膜和结型三类.对于结型电致发光将在发光学讲座第四讲中专门叙述.对于粉末型和薄膜型电致发光,按其驱动方式又可分为交流驱动和直流驱动.本文介绍粉末型交流和直流以及薄膜型交流和直流电致发光的材料、屏、性能、机理和应用. 一、粉末型交流电致发光 将混和在介质中的粉末状ZnS 发光材料置于两个平行的平板电极间,…     

褶皱状蜂窝结构的单层二维材料研究进展

以石墨烯为代表的二维材料具有新颖的物理特性和潜在的应用前景.但石墨烯的零带隙限制了它在半导体器件中的应用,寻找新的半导体型替代材料成为当前的一个研究热点.作为黑磷的单层,磷烯具有褶皱状蜂窝结构.它具有可调直接带隙、高载流子迁移率和面内各向异性等独特的性质,引起了人们的广泛关注.磷烯的发现开辟了Ⅴ族二维单层材料的研究领域.本文首先着重介绍具有黑磷结构的五种单元素二维材料(氮、磷、砷、锑和铋)的结构、合成和物理性质.其次,讨论了一些类黑磷结构的二元二维材料,包括Ⅳ-Ⅵ族化合物、Ⅴ-Ⅴ族化合物.这些材料具有独特的晶体对称性,通过改变结构以及维度可以实现对性质的调控.最后指出了一些当前需要解决的问题,并对这些二维半导体材料未来可能的应用前景进行了展望.     

纳米微晶结构ZnO及其紫外激光

本介绍了的年来研制Ⅱ-Ⅵ族半导体激光器的一个新的途径——ZnO的纳米微晶结构。它分为两大类别：即六角柱形蜂巢状结构和粉末状颗粒结构。都已在近紫外波段实现了室温下光泵激发的受激发射,它将是继Ⅱ-Ⅵ族硒化物和Ⅲ-Ⅳ氮化物之后的新型半导体激光器材料。     

Theoretical prediction of new C–Si alloys in C2/m-20 structure

We study structural,mechanical,and electronic properties of C_(20),Si_(20) and their alloys(C_(16)Si_4,C_(12)Si_8,C_8Si_(12),and C_4Si_(16)) in C2/m structure by using density functional theory(DFT) based on first-principles calculations.The obtained elastic constants and the phonon spectra reveal mechanical and dynamic stability.The calculated formation enthalpy shows that the C-Si alloys might exist at a specified high temperature scale.The ratio of BIG and Poisson's ratio indicate that these C-Si alloys in C2/m-20 structure are all brittle.The elastic anisotropic properties derived by bulk modulus and shear modulus show slight anisotropy.In addition,the band structures and density of states are also depicted,which reveal that C_(20),C_(16)Si_4,and Si_(20) are indirect band gap semiconductors,while C_8Si_(12) and C_4Si_(16) are semi-metallic alloys.Notably,a direct band gap semiconductor(C_(12)Si_8) is obtained by doping two indirect band gap semiconductors(C_(20) and Si_(20)).     

Band gap engineering of atomically thin two-dimensional semiconductors

Atomically thin two-dimensional(2D) layered materials have potential applications in nanoelectronics, nanophotonics, and integrated optoelectronics. Band gap engineering of these 2D semiconductors is critical for their broad applications in high-performance integrated devices, such as broad-band photodetectors, multi-color light emitting diodes(LEDs), and high-efficiency photovoltaic devices. In this review, we will summarize the recent progress on the controlled growth of composition modulated atomically thin 2D semiconductor alloys with band gaps tuned in a wide range, as well as their induced applications in broadly tunable optoelectronic components. The band gap engineered 2D semiconductors could open up an exciting opportunity for probing their fundamental physical properties in 2D systems and may find diverse applications in functional electronic/optoelectronic devices.     

硫钒铜矿化合物电子结构和电致变色特性的第一原理研究

基于密度泛函的第一原理赝势平面波方法，计算晶体结构、电子结构和光学性质，研究硫钒铜矿化合物Cu₃VS₄、Cu₃NbS₄和Cu₃TaS₄的电子输运及电致变色特性，探讨作为透明半导体材料应用于太阳能电池和电致变色器件的可能性.电子结构的计算表明这类化合物是间接带隙半导体，其电子能带的导带底和价带顶分别位于布里渊区的X点和R点.价带顶的电子本征态主要来自于Cu原子的d电子轨道，而导带底电子态主要来源于VB族元素原子的d电子轨道.能带结构、电荷布居分析、电子局域化函数和光吸收及反射谱的计算表明这些硫钒铜矿化合物属于极性共价半导体，具有较高的电荷迁移率和优良的电致变色特性，可应用于高效电致变色器件.     

Photodetectors based on junctions of two-dimensional transition metal dichalcogenides

Transition metal dichalcogenides(TMDCs) have gained considerable attention because of their novel properties and great potential applications. The flakes of TMDCs not only have great light absorption from visible to near infrared, but also can be stacked together regardless of lattice mismatch like other two-dimensional(2D) materials. Along with the studies on intrinsic properties of TMDCs, the junctions based on TMDCs become more and more important in applications of photodetection. The junctions have shown many exciting possibilities to fully combine the advantages of TMDCs, other2 D materials, conventional and organic semiconductors together. Early studies have greatly enriched the application of TMDCs in photodetection. In this review, we investigate the efforts in photodetectors based on the junctions of TMDCs and analyze the properties of those photodetectors. Homojunctions based on TMDCs can be made by surface chemical doping,elemental doping and electrostatic gating. Heterojunction formed between TMDCs/2D materials, TMDCs/conventional semiconductors and TMDCs/organic semiconductor also deserve more attentions. We also compare the advantages and disadvantages of different junctions, and then give the prospects for the development of junctions based on TMDCs.     

稀土离子掺杂Ⅲ-Ⅴ族半导体的发光

稀土离子掺杂Ⅲ-Ⅴ族半导体的发光是近年来开展起来的新的研究领域.在GaAs,InP和GaP等材料中,用离子注入、LPE、MBE、MOCVD以及单晶生长等方法掺杂Er、Yb和Nd等稀土离子,得到了尖锐稀土离子的特征发光.这些发光来自占据正常立方格点和非立方格点的稀土离子的内部4f能级跃迁,其发光行为与掺杂条件关系很大.这种稀土一半导体材料已开始用来制备具有稳定发射波长的发光和激光器件.     

Heusler合金中近半金属性质的讨论:一种近半金属性质评估标准

如今在Heusler合金中发现了众多适用于自旋电子学领域的半金属材料及自旋无隙半导体,与此同时也伴随发现了一系列不能简单归类为半金属或金属的材料.为了促进这些化合物在自旋电子学领域的应用,本文提出了一种关于Heusler合金中近半金属性质的评估标准,即当一种材料的带隙在费米能级附近0.30 eV或0.2个电子态以内,具有一定的磁矩且没有高的电导时,可以判定其为近半金属材料.这项标准能够帮助Heusler合金在自旋电子学领域得到更全面地应用,并举一些示例加以说明.     

A first-principles study of the electronic structure of the sulvanite compounds

We have investigated by means of first-principles total energy calculations the electronic structure of the sulvanite compounds: Cu₃VS₄, Cu₃NbS₄ and Cu₃TaS₄; the later is a possible candidate as a p-type transparent conductor with potential applications in solar cells and electrochromic devices. The calculated electronic structure shows that these compounds are indirect band gap semiconductors, with the valence band maximum located at the R-point and the conduction band minimum located at the X-point. The character of the valence band maximum is dominated by Cu d-states and the character of the conduction band minimum is due to the d-states of the group five elements. From the calculated charge density and electron localisation function we can conclude that the sulvanite compounds are polar covalent semiconductors.     

用电化学沉积方法制备钴掺杂的氧化锌薄膜及其光学性质

通过选用乌洛托品作为络合剂,采用电化学沉积的方法成功地制备出钴掺杂的氧化锌薄膜。通过对样品的XRD表征,得出生长的样品为ZnO纤锌矿结构,并没有其他杂相峰,即没有出现分相;通过对样品XPS的分析显示Co离子在薄膜中以+2价的形式存在;为进一步验证Co²⁺离子进入ZnO的晶格,对掺杂不同Co²⁺浓度的样品进行PL谱的测量,从发光光谱上可以看出随着掺杂Co²⁺浓度的增加,带隙逐渐变窄,发光峰位红移,证明Co²⁺部分取代了Zn²⁺而进入了ZnO晶格中。     

Two dimensional GeO2/MoSi2N4 van der Waals heterostructures with robust type-II band alignment

Constructing two-dimensional (2D) van der Waals heterostructures (vdWHs) can expand the electronic and optoelectronic applications of 2D semiconductors. However, the work on the 2D vdWHs with robust band alignment is still scarce. Here, we employ a global structure search approach to construct the vdWHs with monolayer MoSi₂N₄ and wide-bandgap GeO₂. The studies show that the GeO₂/MoSi₂N₄ vdWHs have the characteristics of direct structures with the band gap of 0.946 eV and type-II band alignment with GeO₂ and MoSi₂N₄ layers as the conduction band minimum (CBM) and valence band maximum (VBM), respectively. Also, the direct-to-indirect band gap transition can be achieved by applying biaxial strain. In particular, the 2D GeO₂/MoSi₂N₄ vdWHs show a robust type-II band alignment under the effects of biaxial strain, interlayer distance and external electric field. The results provide a route to realize the robust type-II band alignment vdWHs, which is helpful for the implementation of optoelectronic nanodevices with stable characteristics.     

多元半导体光伏材料中晶格缺陷的计算预测

半导体光伏材料的发展在过去60多年中表现出了清晰的多元化趋势. 从20世纪50年代的一元Si太阳能电池, 到20世纪60年代的GaAs和CdTe电池、70年代的CuInSe₂电池、80年代的Cu(In, Ga) Se₂、90年代的Cu₂ZnSnS₄电池, 再到最近的Cu₂ZnSn(S, Se)₄和CH₃NH₃PbI₃电池, 组成光伏半导体的元素种类从一元逐渐增多到五元. 元素种类的增多使得半导体物性调控的自由度增多, 物性更加丰富, 因而能满足光伏等器件应用的需要. 但是, 组分元素种类的增多也导致半导体中晶格点缺陷的种类大幅增加, 可能对其光学、电学性质和光伏性能产生显著影响. 近20年来, 第一性原理计算被广泛应用于半导体中晶格点缺陷的理论预测, 相对于间接的实验手段, 第一性原理计算具有更加直接的、明确的优势, 并且能对各种点缺陷进行快速的研究. 对于缺陷种类众多的多元半导体体系, 第一性原理计算能预测各种点缺陷的微观构型、浓度和跃迁(离化)能级位置, 从而揭示其对光电性质的影响, 发现影响器件性能的关键缺陷. 因而, 相关的计算结果对于实验研究有直接、重要的指导意义. 本文将首先介绍半导体点缺陷研究的第一性原理计算模型和计算流程; 然后, 总结近5年来两类新型光伏半导体材料, 类似闪锌矿结构的Cu₂ZnSn(S, Se)₄半导体和有机-无机杂化的钙钛矿结构CH₃NH₃PbI₃半导体的点缺陷性质; 以这两类体系为例, 介绍多元半导体缺陷性质的独特特征及其对太阳能电池器件性能的影响.