Cs/GaN(0001)吸附体系电子结构和光学性质研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论平面波超软赝势方法计算了 1/4ML Cs原子吸附 (2 × 2) GaN(0001) 表面的吸附能、能带结构、电子态密度、电荷布居数、功函数和光学性质. 计算发现, 1/4ML Cs 原子在 GaN(0001) 表面最稳定吸附位为 N 桥位, 吸附后表面仍呈现为金属导电特性, Cs原子吸附GaN(0001)表面后主要与表面 Ga 原子发生作用, Cs6s 态电子向最表面 Ga 原子转移, 引起表面功函数下降. 研究光学性质发现, Cs 原子吸附 GaN(0001) 表面后, 介电函数虚部、吸收谱、反射谱向低能方向移动.     

ZnO(0001)表面吸附B的电子结构和光学性质研究

采用基于密度泛函理论的总体能量平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似,对清洁ZnO(0001)表面及B/ZnO(0001)吸附体系进行了几何结构优化,计算了B/ZnO(0001)吸附体系的吸附能、能带结构、电子态密度和光学性质.计算结果表明:B在ZnO(0001)表面最稳定的吸附位置是T₄位.吸附后B/ZnO(0001)吸附体系表面带隙有所减小,表面态的组成发生变化,n型导电特性有一定程度的减弱,同时,对紫外光的吸收能力显著增强. 关键词： ZnO(0001)表面 B吸附 电子结构 光学性质     

立方K2CsSb、K3Sb和Cs3Sb阴极材料的电子结构和光学性质

针对K2CsSb光电阴极生长过程中可能存在的K3Sb、K2CsSb和Cs3Sb三种化合物,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,分别建立这三种锑化物阴极材料的立方结构体模型和(111)表面模型,获得了其电子结构与光学性质.对于体模型,计算得到了能带结构、态密度和光学性质,而对于表面模型,计算得到了功函数、光学性质和表面能.结果表明,三种锑化物阴极在中微子与闪烁体作用辐射能量范围(2.4~3.2eV)内,K2CsSb体材料的吸收系数和反射率与Cs3Sb、K3Sb体材料相近,而K2CsSb(111)表面的吸收系数和反射率低于其他两种阴极的(111)表面.此外,K3Sb的禁带宽度最小、功函数最大且表面能最大,Cs3Sb的表面能最小,其功函数与K2CsSb相近但禁带宽度比K2CsSb小,而K2CsSb禁带宽度最大,功函数和表面能都较小,因此K2CsSb阴极在蓝紫光波段适合作为一种稳定高效的光电发射材料.     

闪锌矿GaN弹性性质、电子结构和光学性质外压力效应的理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势方法,结合广义梯度近似(GGA)下的RPBE和局域密度近似(LDA)的CA-PZ交换-关联泛函对闪锌矿结构的GaN在高压的性质进行了系统研究. 计算结果表明:弹性常数、体模量、杨氏模量和能隙都具有明显的外压力效应,计算结果与实验值和理论值很好的符合. 同时利用计算的能带结构和态密度系统分析了GaN的介电函数、折射率、反射率、吸收系数和能量损失函数等光学性质及其外压力效应. 分析结果为GaN的设计与应用提供了理论依据. 关键词： 第一性原理计算 电子结构 光学性质 闪锌矿GaN     

GaN(0001)表面的电子结构研究

报道了纤锌矿WZ(wurtzite)GaN(0001)表面的电子结构研究.采用全势线性缀加平面波方法计算得到了GaN分波态密度,与以前实验结果一致.讨论了Ga3d对GaN电子结构的影响.利用同步辐射角分辨光电子能谱技术研究了价带电子结构.通过改变光子能量的垂直出射谱勾画沿ΓA方向的体能带结构,与计算得到的能带结构符合得较好.根据沿ΓK和ΓM方向的非垂直出射谱,确定了两个表面态的能带色散 关键词： GaN 角分辨光电发射 全势线性缀加平面波 电子结构     

共轭低聚物中光生分子间电荷转移态的第一性原理研究（英文）

本文基于第一性原理中的Heyd-Scuseria-Ernzerh方法研究了单层In_(1-x)Ga_xN的电子结构和光学性质.计算得到单层In_(1-x)Ga_xN的能带结构和态密度(DOS),发现随着掺杂比例的变化,体系带隙的变化范围是1.8～3.8 eV,表明通过Ga的掺杂可以实现体系带隙值的调节.并且还研究了单层In_(1-x)Ga_xN的介电函数,折射率和吸收系数等光学性质,结果表明随着Ga掺杂浓度的增加,介电函数谱的主峰和吸收谱发生了显著的蓝移.此外,基于能带结构和态密度图谱,对单层In_(1-x)Ga_xN的光学性质进行分析,预测这种材料独特的光学性质在纳米电子学和光学器件中会有广泛的应用.     

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}     

α-BeH_2电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用赝势平面波方法研究了α-BeH2的结构、电子和光学性质.基态下,α-BeH2晶格常数a和体积弹性模量B0计算值与实验值及其它理论值一致.根据能带理论研究了α-BeH2基态下的能带结构、总态密度(DOS)和分波态密度(PDOS).经过分析发现α-BeH2为直接能隙半导体材料,能隙为5.44eV,与文献相比,本文计算的结果偏低,这主要是利用第一性原理中的局域密度近似(LAD)或广义梯度近似(GGA)交换关联能函数计算材料的带隙宽度或者磁耦合的理论结果均会偏低.通过对基态α-BeH2的Mulliken电荷分布和集居数的分析发现:α-BeH2属于离子键和共价键所形成的混合键化合物;α-BeH2的电荷总数分别来源于H1s轨道,Be2s和2p轨道.同时本文还分析研究了α-BeH2的光学介电函数、吸收系数、复折射率、反射系数和能量损失等光学性质.     

第一性原理研究GaP的电子结构、光学性质及各向异性

利用基于密度泛函理论(DFT),采用赝势平面波方法和广义梯度近似法(GGA)研究了闪锌矿ZB结构和盐岩RS结构GaP的基态电子结构、光学性质,根据能带理论初步研究GaP基态能带结构、总态密度(DOS)和分波态密度(PDOS),并计算出吸收系数,反射率,复介电函数,复折射率及能量损失函数.还计算了闪锌矿结构的GaP的各向异性.     

LiGaX2(X=S,Se, Te)的电子结构,光学和弹性性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对LiGaX₂(X=S, Se, Te)的能带结构、态密度、光学以及弹性性质进行了理论计算. 能带结构计算表明LiGaS₂ 的禁带宽度为4.146 eV, LiGaSe₂ 的禁带宽度为3.301 eV, LiGaTe₂ 的禁带宽度为2.306 eV; 其价带主要由Ga-4p 层电子和X- np 层电子的能态密度决定; 同时也对LiGaX< 关键词： 电子结构 光学性质 弹性性质 LGX     

纤锌矿相GaN空穴输运特性的Monte Carlo模拟研究

用全带多粒子Monte Carlo方法模拟纤锌矿相(Wurtzite)GaN空穴输运特性的结果. 用经验赝势法计算得到能带结构数据. 模拟包含了声学声子散射，光学声子散射，极性光学声子散射，压电散射，电离杂质散射及带间散射等散射机理. 计算得到了空穴沿3个主要对称方向上的空穴平均漂移速度和平均能量与电场强度的关系曲线，室温下漂移速度呈现饱和特性. 在所研究的电场范围内，最大平均漂移速度约为6×10⁶cm s^-1，最大空穴平均能量约为0.12eV, 这些值均比电子的相应参数低很多. 还给出了空穴的扩散迁移率与杂质浓度关系的模拟结果. 关键词： 蒙特卡罗 氮化镓 输运特性 能带结构     

Ab initio determination of atomic structure and energy of surface states of bare and hydrogen covered GaN (0001) surface — Existence of the Surface States Stark Effect (SSSE)

Density Functional Theory (DFT) calculations indicate that energetically stable structure of clean GaN(0001) surface posses (2 × 1) reconstruction, having every second row of Ga located near plane of N atoms, that gives rise to Ga-related dispersionless surface electronic state, already identified by angle resolved photoelectron spectroscopy (ARPES) measurements [S.S. Dhesi et al. Phys. Rev. B 56 (1997) 10271, L. Plucinski et al. Surf. Sci 507-10 (2002) 223, S. M. Widstrand et al. Surf. Sci. 584 (2005) 169]. The energy reduction in reconstruction proceeds via change of the hybridization of the occupied Ga surface states from sp³ to sp², transforming the empty states to p_z type. It is also shown that the electric subsurface field, modeled in new slab model which allows to simulate electric fields at the semiconductor surfaces [P. Kempisty et al., J. Appl. Phys. 106 (2009) 054901], strongly affects the energy of electronic states of GaN(0001) surfaces. The change of the field may shift the energy of surface states of bare and hydrogen covered GaN(0001) surface, by several eV with respect to the band states. The phenomenon, denoted as Surface States Stark Effect (SSSE), explains various band bending values, measured at differently doped n-type GaN(0001) surfaces. It is shown also that, for the adsorbate density up to one H atom for each Ga surface atom i.e. 1 monolayer coverage (1 ML), the hydrogen adatoms are located at the on-top positions, i.e. directly above Ga atoms. For these adsorbate densities, the H-related quantum surface state is located slightly below the valence band maximum (VBM) in the case of p-type GaN surface. For n-type GaN, the H-related surface state is located deeply in the valence band, about 2 eV below VBM. For higher, 1.25 ML hydrogen coverage, the two H adatoms create either surface attached H₂ ad-molecule (energetically stable) or triple bridge configuration is created (metastable). The H₂ ad-molecule is weekly attached to the surface, having the desorption energy barrier equal to 0.16 eV. For 1.25 ML coverage the DFT results were obtained for p-type GaN only. They show that in the ad-molecule case, a new surface electronic state arises which is located about 6.7 eV below VBM. In the case of the bridge configuration, the bridge related surface state is located closely to the conduction band minimum (CBM).     

Electronic structure and optical properties of Al and Mg co-doped GaN

The electronic structure and optical properties of Al and Mg co-doped GaN are calculated from first principles using density function theory with the plane-wave ultrasoft pseudopotential method.The results show that the optimal form of p-type GaN is obtained with an appropriate Al:Mg co-doping ratio rather than with only Mg doping.Al doping weakens the interaction between Ga and N,resulting in the Ga 4s states moving to a high energy region and the system band gap widening.The optical properties of the co-doped system are calculated and compared with those of undoped GaN.The dielectric function of the co-doped system is anisotropic in the low energy region.The static refractive index and reflectivity increase,and absorption coefficient decreases.This provides the theoretical foundation for the design and application of Al–Mg co-doped GaN photoelectric materials.     

Charge accumulation layer on the <Emphasis Type="Italic">n</Emphasis>-GaN (0001) surface with ultrathin Ba coatings

The adsorption of Ba on the n-type GaN(0001) surface is studied. It is found that submonolayer Ba coatings induce cardinal changes in the electronic properties of the surface with the formation of a charge accumulation layer in the region of the near-surface band bending. The excitation of the Ba/n-GaN system by light from the region of GaN transparency results in photoemission. The lowest value of the work function corresponds to ～1.90 eV at a Ba coverage of ～0.4 ML. Two surface bands induced by Ba adsorption are found in the surface photoemission spectra.     

Fe掺杂GaN光电特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论体系,计算了本征GaN材料和12.5%的Fe掺杂GaN体系的光电特性,分析了晶体结构、能带结构和电子态分布、介电函数、吸收系数、折射率、反射率、能量损失谱和消光系数,从理论上讨论了掺杂对体系光电特性的影响.计算所得理想GaN的禁带宽度为3.41 eV,Fe的重掺杂体系明显变窄,为3.06 eV,但仍为直接带隙半导体.本征GaN材料与Fe掺杂GaN体系的静态介电常数为5.74和6.20,折射率为2.39和2.48,能量损失最大值在20.02 eV和18.96 eV,最大吸收系数能量均在13.80 eV左右.计算结果为Fe掺杂GaN高压光电导开关材料及器件的进一步研究提供了有力的理论依据和实验支持.     

Comparative study of adsorption characteristics of Cs on the GaN （0001） and GaN （0001） surfaces

The adsorption characteristics of Cs on GaN （0001） and GaN （0001） surfaces with a coverage from 1/4 to 1 monolayer have been investigated using the density functional theory with a plane-wave uttrasoft pseudopotential method based on first-principles calculations. The results show that the most stable position of the Cs adatom on the GaN （0001） surface is at the N-bridge site for 1/4 monolayer coverage. As the coverage of Cs atoms at the N-bridge site is increased, the adsorption energy reduces. As the Cs atoms achieve saturation, the adsorption is no longer stable when the coverage is 3/4 monolayer. The work function achieves its minimum value when the Cs adatom coverage is 2/4 monolayer, and then rises with Cs atomic coverage. The most stable position of Cs adatoms on the GaN （000i） surface is at H3 site for 1/4 monolayer coverage. As the Cs atomic coverage at H3 site is increased, the adsorption energy reduces, and the adsorption is still stable when the Cs adatom coverage is 1 monolayer. The work function reduces persistently, and does not rise with the increase of Cs coverage.     

InAlN/GaN异质结二维电子气波函数的变分法研究

使用变分法推导了InAlN/GaN异质结二维电子气波函数和基态能级的解析表达式,并讨论了InAlN/GaN异质结结构参数对二维电子气电学特性的影响.在假设二维电子气来源于表面态的前提下,使用了一个包含两个变分参数的尝试波函数推导电子总能量期望值,并通过寻找能量期望极小值确定变分参数.计算结果显示,二维电子气面密度随InAlN厚度的增大而增大,且理论结果与实验结果一致.二维电子气面密度增大抬高了基态能级与费米能级,并保持二者之差增大以容纳更多电子.InAlN/GaN界面处的极化强度失配随着In组分增大而减弱,二维电子气面密度随之减小,并导致基态能级与费米能级减小.所建立的模型能够解释InAlN/GaN异质结二维电子气的部分电学行为,并为电子输运与光学跃迁的研究提供了解析表达式.     

C-Mg掺杂GaN电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理的方法,计算了GaN、C单掺、Mg单掺和C-Mg共掺体系的电子结构和光学性质,计算结果表明:掺杂后,GaN体系的晶格发生畸变,有利于光生空穴-电子对的分离,C-Mg共掺体系结构最稳定,掺杂体系的禁带宽度均减小,其中C-Mg共掺体系的禁带宽度最小,在禁带中引入了杂质能级,说明掺杂可有效降低电子跃迁所需的能量.在光学性质方面,掺杂后,GaN在低能区介电峰和吸收峰均发生红移,且静介电常数增大;其中C-Mg共掺体系的对可见光的吸收最强,极化能力最强,因此C-Mg共掺将有望提高GaN在光催化性能和极化能力.