国内多孔硅研究近况

 硅和砷化镓的电子结构不同.前者属于间接带隙半导体,电子在价带和导带间的跃迁需要伴随声子的吸收或发射;而砷化镓属于直接带隙半导体,电子可以直接在价带和导带间跃迁.正是由于这个原因,砷化镓的发光效率远远大于硅.目前半导体光电器件均由砷化镓等直接带隙半导体制成.多孔硅是在单晶硅表面上制成的厚度约1-10μm的薄膜,其中含有百分之几十的孔隙,孔隙的横向直径很小,其量级为10nm,而高度可达μm量级.多孔硅在硅器件上有一定的应用前景.多年来不断有论文发表.     

电子──空穴液体

电子──空穴液是贝尔实验室的海纳斯 (J.R.Haynes)于1966年在极低温度下的硅单晶中首先观察到的。一块纯净的硅或锗的温度降低到绝对温度几度以下,靠热激发几乎不足以使价带的电子激发到导带上去,此时硅或锗中自由载流子极少,若采用适当波长的激光(其光子能量至少等于半导体价带与导带之间的能隙)照射半导体表面,例如用钕玻璃激光器产生的很强的红外辐射射到锗的表面,会产生大量的电子与空穴,由于电子与空穴的相互作用,一个电子和一个空穴在低温下可形成一个激子。一个激子很象一个氢原子,一个带员电的电子绕着带j巳电的空大运动。在激光…     

Ce掺杂6H-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对未掺杂及Ce掺杂6H-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,未掺杂6H-SiC是间接带隙半导体,其禁带宽度为2.045 eV,掺杂Ce元素,带隙宽度下降为0.812 eV.未掺杂6H-SiC在价带的低能区,Si-3s、C-2s电子轨道对态密度的贡献较大,在价带的高能区,主要是由Si-3p、Si-3s、C-2p态组成.掺杂后Ce原子的4f轨道主要贡献在导带部分,掺杂后电导率提高.未掺杂时,只有一个介电峰,是价带电子跃迁到导带电子所致,掺杂后有两个介电峰,第一个介电峰是由于导带电子跃迁到Ce原子4f轨道上产生,第二个峰是价带电子向导带电子跃迁产生.未掺杂6H-SiC,在能量为10.31 eV处吸收系数达到最大值,掺杂后在能量为6.57 eV处,吸收系数达到最大值.     

Ce掺杂6H-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对未掺杂及Ce掺杂6H-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,未掺杂6H-SiC是间接带隙半导体,其禁带宽度为2.045 eV,掺杂Ce元素,带隙宽度下降为0.812 eV.未掺杂6H-SiC在价带的低能区,Si-3s、C-2s电子轨道对态密度的贡献较大,在价带的高能区,主要是由Si-3p、Si-3s、C-2p态组成.掺杂后Ce原子的4f轨道主要贡献在导带部分,掺杂后电导率提高.未掺杂时,只有一个介电峰,是价带电子跃迁到导带电子所致,掺杂后有两个介电峰,第一个介电峰是由于导带电子跃迁到Ce原子4f轨道上产生,第二个峰是价带电子向导带电子跃迁产生.未掺杂6H-SiC,在能量为10.31 eV处吸收系数达到最大值,掺杂后在能量为6.57 eV处,吸收系数达到最大值.     

有机固体中载流子陷阱的表征

有机固体包括有机分子晶体、非晶态有机固体、有机高聚物等.在有机固体中保持单个分子的特性,如吸收光谱;分子间的范德瓦耳斯相互作用能比较小,即使是单晶体,也容易产生结构欠序和杂质、晶界等缺陷.这些缺陷使电子价带与导带间的禁区中出现局域能级,导带的载流子(电子)或价带的载流子(空穴)会被局域于这些杂质或缺陷的附近,出现电荷存储现象,影响稳态和瞬态电导下的载流子输运,导致暗导的非欧姆性、载流子迁移率的下降、光导衰减时间大于光激发载流子的寿命等.多年来,这些一直被固体的电导和光导研究者所重视[1-6],并称这些局域能级为陷阱.…     

Li嵌入对V2O5电子结构及光学性质的影响

采用第一性原理局域密度近似法计算了V₂O₅的电子态密度和能带结构以及Li嵌入后对其电子结构和光学性质的影响。计算结果表明,V₂O₅是间接带隙半导体,Li的嵌入并没有改变其电子的跃迁方式。但Li的嵌入使得V₂O₅导带能量下移,禁带宽度减小,导带中原有的劈裂被分裂的能级填满;同时致使价带出现展宽。电子态密度计算结果表明Li的嵌入对临近的O和V的电子结构有较大的影响。Li2s电子的注入提高了V₂O₅的费米能级并导致其进入导带。由于价带中的电子只能跃迁到费米能级以上的导带空能级,这致使体系实际的光学带隙增大。同时随着Li注入量的进一步增加,价带的展宽更为明显,费米能级亦呈升高的趋势,使得光学带隙随着Li注入量的增加而增大。     

半导体超晶格和量子阱中量子态的光谱研究

本文讨论半导体超晶格及量子阱导带和价带的量子化亚带或子能级之间的带间光跃迁过程。所讨论的光跃迁过程或光谱研究方法有吸收光谱、光电流谱、光荧光和荧光激发谱、调制光谱以及喇曼散射光谱。关于亚带能量状态将着重讨论量子阱中的激子效应和价带亚带混和及其对带间光跃迁的影响。     

直接带隙Ge_(1-x)Sn_x本征载流子浓度研究

通过合金化改性技术,Ge可由间接带隙半导体转变为直接带隙半导体.改性后的Ge半导体可同时应用于光子器件和电子器件,极具发展潜力.基于直接带隙Ge1-x Sn x半导体合金8带Kronig-Penny模型,重点研究了其导带有效状态密度、价带有效状态密度及本征载流子浓度,旨在为直接带隙改性Ge半导体物理的理解及相关器件的研究设计提供有价值的参考.研究结果表明:直接带隙Ge1-x Sn x合金导带有效状态密度随着Sn组分x的增加而明显减小,价带有效状态密度几乎不随Sn组分变化.与体Ge半导体相比,直接带隙Ge1-x Sn x合金导带有效状态密度、价带有效状态密度分别低两个和一个数量级;直接带隙Ge1-x Sn x合金本征载流子浓度随着Sn组分的增加而增加,比体Ge半导体高一个数量级以上.     

半导体超晶格和量子阱中量子态的光谱研究

本文讨论半导体超晶格及量子阱导带和价带的量子化亚带或子能级之间的带间光跃迁过程。所讨论的光跃迁过程或光谱研究方法有吸收光谱、光电流谱、光荧光和荧光激发谱、调制光谱以及喇曼散射光谱。关于亚带能量状态将着重讨论量子阱中的激子效应和价带亚带混和及其对带间光跃迁的影响。     

半导体杂质能级的电子分布函数的一种简单推导方法

半导体杂质能级上的电子分布函数不同于导带或价带中的电子分布——费米分布,这是因为在施主杂质离子(我们在此只讨论施主杂质,对受主杂质的讨论完全类似)周围只能束缚一个电子,但在施主杂质离子周围的轨道却允许有两种电子自旋态.现有的教科书中,对于半导体杂质能级的电子分布函数的推导基本上有两种思考方法:一种是将半导体中的电子做为一个系统,从导带、价带、杂质能级的电子数达到平衡出发,通过对杂质能级上电子分布的讨论求出分布函数[1];另一种是把半导体的电子系统分为四个子系统,通过对各个子系统之间达到平衡时化学势的分析,推出杂…     

La单掺4H-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，对未掺杂及La掺杂4H-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算。计算结果表明，未掺杂4C-SiC其禁带宽度为2.257 eV。La掺杂后带隙宽度下降为1.1143eV，导带最低点为G点，价带最高点为F点，是P型间接半导体。掺杂La原子在价带的低能区间贡献比较大，而对价带的高能区和导带的贡献比较小。未掺杂4H-SiC在光子能量为6.25 eV时，出现一个介电峰，这是由于价带电子向导带电子跃迁产生。而La掺杂后，出现3个介电峰，分别对应的光子能量为0.47eV、2.67eV、6.21eV，前两个介电峰是由于价带电子向杂质能级跃迁产生，第三个介电峰是由于价带电子向导带电子跃迁产生。La掺杂后4H-SiC变成负介电半导体材料。未掺杂4h-SiC的静态介电常数为2.01，La掺杂的静态常数为12.01。     

亚微观团粒的半导体材料

亚微观团粒的半导体,是一种引人注目的材料,因其尺寸小而引起量子效应,表现出非同一般的特性.两个研究小组发表了生成特定大小的硫化铜(CdS)团粒的特殊方法. 截径为1-100nm胶状半导体微粒是一类介于孤立分子和固体之间的新材料,可用来研究由分子态向 大块状态的转变.研究表明,胶体半导体的光学性质与宏观晶体截然不同,它依赖于微粒的大小——即所谓量子尺寸效应.微粒咸小时,电子-空穴对受到局域限制,价带和导带中会产生分立的电子态,有效带隙增大,使材料光谱的吸收边发生向短波移动的“蓝移”,光跃迁的振荡强度减弱,还会出现分立的吸收带;…     

Sb,S共掺杂SnO2电子结构的第一性原理分析

基于第一性原理的密度泛函理论和平面波超软赝势法,采用广义梯度近似算法研究了Sb,S两种元素共掺杂SnO₂材料的电子结构与电学性质.电子结构表明：共掺杂后材料仍然为n型导电直接带隙半导体;电荷密度分布改变,S原子与Sn,Sb原子轨道电子重叠加剧.能带结构表明,Sb,S共掺SnO₂在能带中引入新的能级,能带带隙相比于单掺更加窄化,费米能级进入导带表现出类金属特性.电子态密度计算结果进一步证实了电子转移的正确性：在价带中部,S原子轨道与Sn,Sb轨道发生杂化,电子转移加剧,价带顶部被S 3p轨道占据,提供了更多的空穴载流子,价带顶上移;随着S掺杂浓度的增加,带隙宽度继续减小,导带逐渐变窄,导电性能呈现越来越好的趋势.     

氧化石墨烯纳米带能带结构和态密度的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用第一性原理方法,计算了氧化石墨烯纳米带的电荷密度、能带结构和分波态密度。结果表明,石墨烯纳米带被氧化后,转变为间接带隙半导体,带隙值为0.375 e V。电荷差分密度表明,从C原子和H原子到O原子之间有电荷的转移。分波态密度显示,在导带和价带中C-2s、2p,O-2p,H-1s电子态之间存在强烈的杂化效应。在费米能级附近,O-2p态电子局域效应的贡献明显,对于改善氧化石墨烯纳米带的半导体发光效应起到了主要作用。     

稀土元素(La,Y)掺杂GaN的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对稀土元素La,Y单掺杂和La和Y共掺杂GaN的晶格常数、电子结构及光学性质进行了计算与分析.计算结果表明:掺杂改变了GaN的能带结构,未掺杂和Y掺杂形成导带底和价带顶位于G点的直接带隙半导体,而La掺杂和La和Y共掺杂形成导带底位于G点,价带顶位于Q点的间接带隙半导体.可以通过掺杂元素来调制GaN的禁带宽度和带隙类型,掺杂均提高GaN在低能区的静态介电常数、反射率、折射率,使光子的跃迁强度增大,说明稀土元素La,Y掺杂可有效调制GaN的光电性质.     

直接带隙Ge$lt;sub$gt;1-$lt;em$gt;x$lt;/em$gt;$lt;/sub$gt;Sn$lt;sub$gt;$lt;em$gt;x$lt;/em$gt;$lt;/sub$gt;本征载流子浓度研究

通过合金化改性技术, Ge可由间接带隙半导体转变为直接带隙半导体. 改性后的Ge半导体可同时应用于光子器件和电子器件, 极具发展潜力. 基于直接带隙Ge_1-xSn_x半导体合金8带Kronig-Penny模型, 重点研究了其导带有效状态密度、价带有效状态密度及本征载流子浓度, 旨在为直接带隙改性Ge半导体物理的理解及相关器件的研究设计提供有价值的参考. 研究结果表明: 直接带隙Ge_1-xSn_x合金导带有效状态密度随着Sn组分x的增加而明显减小, 价带有效状态密度几乎不随Sn组分变化. 与体Ge半导体相比, 直接带隙Ge_1-xSn_x合金导带有效状态密度、价带有效状态密度分别低两个和一个数量级; 直接带隙Ge_1-xSn_x合金本征载流子浓度随着Sn组分的增加而增加, 比体Ge半导体高一个数量级以上. 关键词： 1-xSn_x')" href="#">Ge_1-xSn_x 直接带隙 本征载流子浓度     

Cr和C共掺TiO_2的电子结构和光学性质的研究

利用第一性原理计算,研究了Cr与C共掺锐钛矿型TiO_2的能带的结构,态密度和光学性质.我们构建了两种不等价的Cr与C紧邻共掺体系:CrC_1-TiO_2和CrC_2-TiO_2.CrC_1-TiO_2体系在价带上方出现了主要由C-2p轨道和Cr-3d轨道耦合成的子带.同时,由于姜-泰勒变形效应,Cr-3d轨道的t_(2g)轨道进一步分裂的成Cr-3d_(yz)轨道在导带底形成附加带,有效带隙较纯TiO_2相比变窄了0.84eV.CrC_2-TiO_2体系带隙中有深带隙态存在,由于深间隙态的存在,价带顶到深带隙的能量宽度为0.84eV,电子从价带顶转移到导带底的所需要的能量将大大减小.最后,我们对纯TiO_2和Cr与C紧邻共掺TiO_2的光学特性进行了计算.结果显示Cr与C共掺TiO_2的光学吸收谱都有很好的可见光区域分布,大大提高了太阳光的利用率.     

La掺杂6H-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对未掺杂及La掺杂6H-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,未掺杂6H-SiC是间接带隙半导体,其禁带宽度为2.045 eV,掺杂La元素,形成P型间接半导体,带隙宽度下降为0.886 eV.未掺杂6H-SiC在价带的低能区,Si-3s、C-2s电子轨道对态密度的贡献较大,在价带的高能区,主要是由Si-3p、Si-3s、C-2p态组成.掺杂后La的5d轨道与6H-SiC的sp~3轨道杂化主要贡献在价带部分,而对导带的贡献相对较小,掺杂后电导率提高.未掺杂时,只有一个介电峰,是价带电子跃迁到导带电子所致,掺杂后有两个介电峰,其中第一个介电峰是由sp~3杂化轨道上的电子跃迁到La原子5d轨道上产生.未掺杂6H-SiC,在能量为10.31处吸收系数达到最大值,掺杂后在能量为7.35 eV处,吸收系数达到最大值.     

Sn掺杂对In_2O_3热电性能的影响

本文利用第一性原理结合半经典玻尔兹曼理论研究了Sn掺杂对In_2O_3热电特性的影响.由于一个In_2O_3原胞有80个原子,所以为了清楚表明Sn的掺杂浓度,我们将化学式表述为In_(32-x)Sn_xO_(48).形成能的计算表明Sn比较容易取代In位,且Inb位比Ind位更容易被取代.且只有x=1,形成能是负值,而x=2和3的形成能是正值.电子结构的计算表明Sn掺杂对In_2O_3的能带结构的形状影响很小,只是费米能级向导带方向移动了,基于这一点我们预测刚性带模拟In_2O_3的电子热电特性和实际Sn掺杂的应该比较接近.输运性质的计算表明在价带顶或导带底附近,电子输运性质随化学势发生明显的变化,而在价带以上导带以下的一定化学势范围内,虽然S,σ/τ和n随化学势和温度变化比较大,ZeT随化学势和温度几乎没有变化,且n型和p型掺杂下的ZeT非常接近,大小在1附近.令人兴奋的是,通过将刚性带模型计算In_2O_3电子输运性质和实验结果对比,发现当温度为1000 K,化学势为0.6512 Ry时的实验ZT=0.28和理论0.273非常接近.而此化学势远在导带底以上,说明如果选择较低的掺杂浓度,In_2O_3的输运性质有望进一步提高.     

XPO4(X=Lu, Y)电子结构的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)第一性原理对LuPO₄和YPO₄两种磷酸盐晶体的电子结构进行计算模拟.结果表明:LuPO₄的带隙为5.639 eV,YPO₄的带隙为4.884 eV.通过对态密度的分析得知LuPO₄的导带主要贡献来自Lu的5d态电子,费米能级附近价带主要由Lu的4f态和O的2p态电子贡献. YPO₄的导带主要贡献来自Y的4d态电子,价带顶的主要贡献来自于O的2p态电子.通过电荷密度和布局分析得知了材料内部原子间的电荷转移情况,进而对原子间成键情况进行了分析与讨论.