点缺陷对单层MoS_2电子结构及光学性质的影响研究

采用基于第一性原理的贋势平面波方法,对不同类型点缺陷单层Mo S2电子结构、能带结构、态密度和光学性质进行计算.计算结果表明:单层Mo S2属于直接带隙半导体,禁带宽度为1.749e V,Mo空位缺陷V-Mo的存在使得单层Mo S2转化为间接带隙Eg=0.660e V的p型半导体,S空位缺陷V-S使得Mo S2带隙变窄为Eg=0.985e V半导体,S原子替换Mo原子S-Mo反位缺陷的存在使得Mo S2转化为带隙Eg=0.374e V半导体;Mo原子替换S原子Mo-S反位缺陷形成Eg=0.118e V直接带隙半导体.费米能级附近的电子态密度主要由Mo的4d态和s的3p态电子贡献.光学性质计算表明:空位缺陷对Mo S2的光学性质影响最为显著,可以增大Mo S2的静态介电常数、折射率n0和反射率,降低吸收系数和能量损失.     

Si2CN4(010)表面特性的第一性原理研究

应用第一性原理系统地研究了不同端面Si₂CN₄(010)模型的表面特性.通过3种可能表面模型解离能的比较,表明位于SiN层内的Si—NⅡ 键结合最强,而与碳二亚胺链状结构相连的Si—NⅠ 键结合最弱,因此易于形成以Si/NⅠ 键为端面的表面.文中还研究了弛豫前后表面的原子结构和电子特性,表面的NⅠ 原子容易形成新键,这是由于不饱和的NⅠ 原子在费米能级处有较高的态密度,电子结构不稳定,相反表面C原子状态较稳定,无明显的成键趋势. 关键词： 2CN₄')" href="#">Si₂CN₄ 表面 原子结构 电子结构     

表面悬挂键导致硅纳米线掺杂失效机理的第一性原理研究

利用第一性原理方法, 本文计算了B/N单掺杂SiNWs, 以及含有表面悬挂键的B/N单掺杂硅纳米线的总能和电子结构, 计算结果表明, 悬挂键的出现会导致单原子掺杂失效. 能带结构分析表明, B/N掺杂的H钝化的SiNWs表现出正常的p/n特性, 而表面悬挂键(dangling binding, DB)的存在会导致p型(B原子)或者n型(N原子)掺杂失效; 其失效的原因主要是因为表面悬挂键所引入的缺陷能级俘获了n型杂质(p型杂质)所带来的电子(空穴); 利用小分子(SO₂)吸附饱和悬挂键可以起到激活杂质的作用, 进而实现Si纳米线的有效掺杂.     

硅中的辐照点缺陷

点缺陷是指晶体中一个原子尺度的缺陷.半导体中的点缺陷包括晶格空位、间隙原子、化学杂质以及它们的复合物.由于这些缺陷的存在,使半导体晶格周期性的规则排列遭到破坏,因而往往在禁带中引入能级.半导体的许多重要性质与杂质和缺陷紧密相关,因而它们是半导体研究中基本的和重要的课题之一. 近一二十年来,硅中点缺陷的研究有了显著进展.这是因为电子顺磁共振技术、结谱法以及光学测量等得到成功的应用.用电子顺磁共振技术(EPR)可以测定具有顺磁性的点缺陷的原子组态、电子结构及其点群对称性,在此基础上又发展了电子-核磁双共振(ENDOR)…     

点缺陷对单层MoS2电子结构及光学性质的影响研究

采用基于第一性原理的贋势平面波方法,对不同类型点缺陷单层MoS2电子结构、能带结构、态密度和光学性质进行计算。计算结果表明：单层MoS2属于直接带隙半导体,禁带宽度为1.749ev,V-Mo缺陷的存在使得MoS2转化为间接带隙Eg=0.671eV的p型半导体,V-S缺陷MoS2的带隙变窄为Eg=0.974eV,S-Mo缺陷的存在使得MoS2转化为间接带隙Eg=0.482eV; Mo-S缺陷形成Eg=0.969eV直接带隙半导体,费米能级上移靠近价带。 费米能级附近的电子态密度主要由Mo的4d态和s的3p态电子贡献。光学性质计算表明：空位缺陷对MoS2的光学性质影响最为显著,可以增大MoS2的静态介电常数、折射率n0和反射率,降低吸收系数和能量损失。     

SiO/SiO_2超晶格结构界面发光的研究

利用热蒸发技术在硅衬底上制备了层厚不同的SiO/SiO2超晶格样品.对其光致发光谱进行研究发现,随着SiO/SiO2超晶格中SiO层厚度的增加,发光峰在400～600 nm之间移动.研究表明,样品的发光中心来自于SiO/SiO2界面处的缺陷发光(界面态发光).即在样品沉积的过程中,在SiO/SiO2的界面处由于晶格的不连续性,会形成大量的Si-O悬挂键,这些悬挂键本身相互结合可以形成一定数量的缺陷,同时由于O原子容易脱离Si原子的束缚而产生扩散,因此,这些悬挂键可以与扩散的O原子结合,随着SiO层厚度的增加,在SiO/SiO2的界面处先后出现WOB(O3<≡Si-O-O·),NOV(O3≡Si-Si≡O3),E'中心(O≡Si·),NBOHC(O3≡Si-O·)等缺陷,这些缺陷在SiO层厚度增大的过程中对发光先后起到主导作用,从而使得发光峰产生红移.     

β石墨炔衍生物结构稳定性及电子结构的密度泛函理论研究

石墨炔衍生物比石墨烯具有更多样化的原子结构,因而具有潜在的更丰富的电子结构.通过第一性原理密度泛函理论研究方法系统研究了β石墨炔衍生物的结构稳定性、原子构型和电子结构.本文计算的β石墨炔衍生物系列体系由六边形碳环(各边原子数N=1—10)通过顶点相连而成.对结构与能量的计算分析表明:当N为偶数时,β石墨炔拥有单、三键交替的C—C键结构,其能量比N为奇数时,拥有连续C=C双键的石墨炔衍生物更稳定.计算的能带结构和态密度显示:根据碳环各边原子个数N的奇偶性不同,β石墨炔可呈现金属性(N为奇数时)或半导体特性(N为偶数时).该奇偶依赖的原子构型和电学性质是由Jahn-Teller畸变效应导致,与碳环各边原子碳链的实际长度无关.计算发现部分半导体β石墨炔(N=2,6,10)呈现狄拉克锥能带特征,其带隙约10 meV,且具有0.255×10~6—0.414×10~6m/s的高电子速度,约为石墨烯电子速度的30%—50%.本密度泛函理论研究表明,将sp杂化碳原子引入石墨烯六边形碳环的边上,可通过控制六边形各边原子个数的奇偶性调制其金属和半导体电子特性或狄拉克锥的形成,为免掺杂和缺陷调控纳米碳材料的电学性质和设计碳基纳米电子器件提供了理论依据.     

La65X35(X=Ni,Al)非晶合金原子结构的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学和静态电子结构计算,研究了La₆₅X₃₅（X=Ni,Al）非晶合金体系原子结构随温度演化的规律及其相关电子结构特性.使用径向分布函数、Voronoi团簇以及键对分析等给出了从高温液体快速冷却到玻璃态过程中原子结构的演化规律.研究发现,该类合金体系的原子排布符合局域密堆模型,两体系中占比最大的特征多面体类型由溶质与溶剂原子半径比调控;两体系中高五次对称性局域结构随温度的下降而增加验证了其在抑制晶化方面的重要作用;利用投影态密度分析两体系电子结构之间的差异,指出La-5d与Ni-3d电子间强烈的杂化是La–Ni 间键长缩短的电子结构起源,为理解成分相关的结构和物性提供了重要线索.     

MgCNi3的电子结构、光学性质与超导电性

用第一性原理的密度泛函能带计算方法研究了新近发现的超导体MgCNi3的电子能带结构.计算结果表明其电子结构的基本特征是：Ni的3d态和C的2p态的杂化组成了MgCNi3的导带，费米面附近的物理性质主要由来源于Ni的3d电子态决定.在费米能级(EF)以下30eV的范围内，Ni 3d态构成了能带色散微弱的密集电子态，EF恰好落在Ni 3dyz+zx和3d3z2-r2电子态密度.C 2p态分布在EF以下40—70eV的区域内，Mg主要是以二价离子Mg2+的形式存在.Mg原子的掺杂导致了Ni原子的3d态基本上全部占据，引起Ni原子磁矩的消失.费米能级EF处的态密度N(ＥＦ)是550(states/eV·cell)，由此得到的Sommerfeld常数γeal～445mJ/mol·K2.基于第一性原理的光学性质的计算结果表明：在0—12eV的范围内光吸收主要是从占据的Ni 3d态向C　2p和Ni4s的跃迁.根据这些结果得出结论：MgCNi3的超导电性基本上是强耦合的BCS电子-声子作用机理. 关键词： MgCNi3 高温超导体 电子结构 光学性质     

Nb掺杂影响NiTi金属间化合物电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了Nb元素掺杂对B2构型NiTi金属间化合物电子结构的影响.点缺陷生成能的计算结果表明,Nb原子掺杂后,NiTi中产生Ni原子和Ti原子空位和反位点缺陷所需要的能量均明显升高;态密度计算结果表明,Nb原子掺杂后与临近原子发生了明显的s-s, p-p和d-d电子相互作用,增加了与临近原子之间的电荷密度,有利于Nb与合金原子的成键.这些由Nb掺杂所导致的NiTi电子结构和键合特征的变化均有利于促进Nb与合金原子的相互作用,在一定程 关键词： NiTi金属间化合物 点缺陷 电子结构 第一性原理计算     

Core-level spectroscopy of point defects in single layer h-BN

Electron energy-loss spectroscopy (EELS) is used to analyze single-layered hexagonal boron-nitride with or without point defects. EELS profiles using a 0.1 nm probe clearly discriminate the chemical species of single atoms but show different delocalization of the boron and nitrogen K edges. A monovacancy at the boron site is unambiguously identified and the electronic state of its nearest neighboring nitrogen atoms is examined by energy-loss near edge fine structure analysis, which demonstrates a prominent defect state. Theoretical calculations suggest that the observed prepeak originates from the 1s to lowest unoccupied molecular orbital excitation of dangling nitrogen bonds, which is substantially lowered in energy with respect to the three coordinated nitrogen atoms.     

金红石TiO_2中本征缺陷扩散性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论的爬坡弹性带方法,对金红石相二氧化钛晶体中钛间隙、钛空位、氧间隙、氧空位4种本征缺陷的扩散特征进行了研究.对比4种本征缺陷在晶格内部沿不同扩散路径的过渡态势垒后发现,缺陷扩散过程呈现出明显的各向异性.其中,钛间隙和氧间隙沿[001]方向具有最小的扩散势垒路径,激活能分别为0.505 eV和0.859 eV;氧空位和钛空位的势垒最小的扩散路径分别沿[110]方向和[111]方向,激活能分别为0.735 eV和2.375 eV.     

MoO_3/Si界面区钼掺杂非晶氧化硅层形成的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,通过模拟MoO_3/Si界面反应,研究了MoO_x薄膜沉积中原子、分子的吸附、扩散和成核过程,从原子尺度阐明了缓冲层钼掺杂非晶氧化硅(a-SiO_x(Mo))物质的形成和机理.结果表明,在1500 K温度下, MoO_3/Si界面区由Mo, O, Si三种原子混合,可形成新的稳定的物相.热蒸发沉积初始时, MoO_3中的两个O原子和Si成键更加稳定,同时伴随着电子从Si到O的转移,钝化了硅表面的悬挂键. MoO_3中氧空位的形成能小于SiO_2中氧空位的形成能,使得O原子容易从MoO_3中迁移至Si衬底一侧,从而形成氧化硅层;替位缺陷中, Si替位MoO_3中的Mo的形成能远远大于Mo替位SiO_2中的Si的形成能,使得Mo容易掺杂进入氧化硅中.因此,在晶硅(100)面上沉积MoO_3薄膜时, MoO_3中的O原子先与Si成键,形成氧化硅层,随后部分Mo原子替位氧化硅中的Si原子,最终形成含有钼掺杂的非晶氧化硅层.     

二维缺陷GaAs电子结构和光学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了存在Ga空位缺陷和掺杂B原子的二维GaAs的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明空位缺陷二维GaAs显示出金属特性,B原子的引入使体系变为间接带隙半导体,禁带宽度为0.35 eV.态密度计算发现体系低能带主要由Ga的s态、p态、d态和As的s态、p态构成;高能带主要由Ga和As的s态、p态构成.掺杂B原子与存在空位缺陷的二维GaAs相比,静态介电常数相对较低,变为8.42,且易于吸收紫外光,在3.90～8.63 eV能量范围具有金属反射特性,反射率达到52%.     

低能原子沉积在Pt(111)表面的分子动力学模拟

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,利用分子动力学方法模拟了六种贵金属原子(Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,Au)分别在Pt(111)表面低能沉积的动力学过程.结果表明:随着入射能量从0.1eV升高到200eV,基体表面原子是按层迁移的,沉积过程对基体表面的影响和沉积原子在基体表层的作用均存在两个转变能量(ET1≈5eV,ET2≈70eV).当入射能量低于5eV时,基体表面几乎没有吸附原子和空位形成,沉积原子在基体表层几乎没有注入产生;当入射能量在5—70eV范围内时,沉积原子在基体表层有注入产生,其注入深度小于两个原子层,即为亚注入,此时吸附原子主要由基体表层原子形成,基体表面第三层以下没有空位形成;当入射能量高于70eV时,沉积原子的注入深度大于两个原子层,将会导致表面以下第三层形成空位,并且空位产额随入射能量的升高而急剧增加.基于分子动力学模拟的结果,对低能沉积作用下的薄膜生长以及最优沉积参数的选择进行了讨论.     

硅中四空位扩展的Koster-Slater模型

本文用扩展的Koster-Slater模型计算了硅中V₄^-未配对电子的对称化波函数,用算得的波函数计算了缺陷电子局域在最近邻每个原子上的η²及其s特征α²,和超精细相互作用常数,确定V₄^-处于深能级为0.78eV的A₁对称态,给出与现有实验值相符合的结果。并指出,V₄^-的单个悬挂键上的η²比其它具有单个悬挂键的缺陷小,是由于V₄^-的势分布向一侧有较大偏重所致。 关键词：     

First-principles study on anatase TiO2（101） surface adsorption of NO

In this paper, the stable structure and the electronic and optical properties of nitric oxide （NO） adsorption on the anatase TiO2 （101） surface are studied using the plane-wave ultrasoft pseudopotential method, which is based on the density functional theory. NO adsorption on the surface is weak when the outermost layer terminates on twofold coordinated oxygen atoms, but it is remarkably enhanced on the surface containing O vacancy defects. The higher the concentration of oxygen vacancy defects, the stronger the adsorption is. The adsorption energies are 3.4528 eV （N end adsorption）, 2.6770 eV （O end adsorption）, and 4.1437 eV （horizontal adsorption）. The adsorption process is exothermic, resulting in a more stable adsorption structure. Furthermore, O vacancy defects on the TiO2 （101） surface significantly contribute to the absorption of visible light in a relatively low-energy region. A new absorption peak in the low-energy region, corresponding to an energy of 0.9 eV, is observed. However, the TiO2 （101） surface structure exhibits weak absorption in the low-energy region of visible light after NO adsorption.     

Simulation of a vacancy defect at the C(111)–2 × 1 surface

The configurations of a vacancy defect on the C(111)–2 × 1 surface, containing atoms with one or two dangling bonds, possessing a high adsorption activity, are calculated. We study the configurations of the vacancy defect at the surface of diamond C(111)–2 × 1 using the semiempirical MNDO method (MOPAC) and the ab initio Hartree–Fock method (PC GAMESS). We calculate the energies of clusters, the orders of atomic bonds, the populations of atomic orbitals, and the localized molecular orbitals.     

Radiation-induced defects and their complexes in ion-irradiated thermostable dielectrics

The parameters of defects of radiation-induced and biographic types and of their complexes in boron nitride andAl ₂O₃ mono- and polycrystals after ion and thermal modification are investigated invoking the methods of optical and thermoactivation spectroscopy. The influence of electron transitions involving defect energy levels on changes in the electrophysical and optical properties of modified dielectrics is recognized. The contribution of the forbidden band width and of the material structure to changes in the properties of defect clusters with continuous spectra of energy levels and of separate radiation-induced point-type defects with local energy levels is evaluated. The stability of defects with various energy spectra under thermal, field, and photoexcitation and also after heat treatment in air is evaluated. The most probable nature of vacancy and impurity-vacancy defects and of vacancy complexes is understood. Scientific-Research Institute of High Voltages at Tomsk Polytechnic University. Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 3, pp. 85–94, March, 2000.