Sb掺杂对透明SnO2薄膜导电性能影响的第一性原理计算

本文根据密度泛函理论（DFT），采用第一性原理平面波赝势方法，计算了Sb掺杂对透明导电薄膜SnO2电子结构及导电性能的影响，讨论了掺杂下SnO2晶体的结构变化、能带结构、电子态密度．计算结果表明，Sb掺杂的SnO2具有高的电导率，且随着掺杂浓度的增加，能带简并化加剧，浅施主杂质能级向远离导带底方向移动．     

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.     

F掺杂SnO2电子结构的模拟计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法对SnO2:F体系的电子结构进行了第一性原理模拟计算.用广义梯度近似方法优化SnO2:F体系的晶胞结构,计算了体系基态总能.通过确定F掺杂对O的优先替代位置,计算了SnO2:F的能带结构、态密度、分波态密度.分析了F掺杂对SnO2晶体的电子结构和晶体性质及光学吸收边的影响,从理论上得出光学吸收边发生蓝移.对不同掺杂量的体系电子结构进行了分析.     

Sb、Sm共掺杂SnO2的电子结构与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计算方法,构建了Sm、Sb及Sm和Sb共掺杂SnO₂超晶胞模型,研究了经过几何优化后的各掺杂体系的焓变值、能带结构、态密度、电荷布居、介电常数、吸收系数、反射率等光电性质.结果表明：Sm和Sb的掺杂可以有效地提升SnO₂的导电性能,且Sb和Sm共掺杂体系的电学性能最佳. Sm和Sb掺杂还可以增加SnO₂在红外波段的电子极化能力和电子跃迁概率,提升了红外反射率,且共掺杂体系的电子束缚能力最强、反射率最高.这为SnO₂基光电材料的研制提供了一定的理论依据.     

Sb，In，P掺杂对SnO_2薄膜透明导电性能的影响(英文)

采用溶胶凝胶(Sol-Gel)技术制备了SnO2:(Sb,In)透明导电薄膜,优化了制备工艺参数,获得了最佳制备条件,研究表明,4%的铟掺杂有效地改善了薄膜的内部结构,使得紫外-可见光的透过率显著增加;7%的锑掺杂释放出了更多的载流子,使薄膜的方块电阻降低,2%的磷掺杂因准连续杂质能带的形成进一步提高了薄膜的电导率.Sb、In、P的掺入使得SnO2薄膜的紫外-可见光的透过率达83%,方块电阻达38Ω/□     

Sb、Ce掺杂Mg2Ge的第一性原理研究

此文用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理赝势平面波方法系统的计算了Sb、Ce掺杂Mg₂Ge的能带结构、态密度以及光学性质,获得了Mg₂Ge掺杂Sb后,费米面进入导带,呈现n型导电;Mg₂Ge掺杂Ce后,上自旋电子在费米能级附近处的价带和导带有一部分重叠,呈现半金属特性,进入导带电子数目增多,导电性增强. Sb、Ce掺杂Mg₂Ge后,其主要吸收峰都小于未掺杂Mg₂Ge,在可见光区域的透过率增大;Sb掺入后,在能量低于2.6 eV反射谱出现红移,Ce掺入后Mg₂Ge的吸收范围明显宽于本征Mg₂Ge;掺杂改善了Mg₂Ge对红外光子的吸收等有益结果.     

Sb，In，P掺杂对SnO2薄膜透明导电性能的影响

采用溶胶凝胶（Sol-Gel）技术制备了SnO2：（Sb，In）透明导电薄膜，优化了制备工艺参数，获得了最佳制备条件．研究表明，4％的铟掺杂有效地改善了薄膜的内部结构，使得紫外-可见光的透过率显著增加；7％的锑掺杂释放出了更多的栽流子，使薄膜的方块电阻降低，2％的磷掺杂因准连续杂质能带的形成进一步提高了薄膜的电导率．Sb、In、P的掺入使得SnO2薄膜的紫外-可见光的透过率达83％，方块电阻达38Ω。     

C掺杂TiO薄膜的制备及其第一性原理研究

TiO在微电子结构器件中有重要的应用前景. 本文以CO₂作反应气体, 采用直流反应磁控溅射方法成功制备出C掺杂TiO薄膜. 采用XRD, XPS和四探针电阻计对薄膜结构、成分和电阻率进行表征. 在实验结果的基础之上建立起TiO和C掺杂TiO的计算模型并采用第一性原理 方法计算其能带结构和电子态密度. 实验结果表明薄膜相结构为面心立方的岩盐结构, C取代O的阴离子掺杂为主要掺杂方式, 薄膜电阻率为52.2 μΩ·cm. 第一性原理计算结果表明, 费米能级穿过TiO的导带, TiO具有金属性导电的能带结构特征; C掺杂TiO 后, 其金属性导电的能带结构没有改变, 只是在费米面附近出现C 2p态提供的杂质能级, 杂质能级扩展了TiO的导带宽度并提高了费米面附近的电子能态密度, 从而导至TiO电导增加, 电阻率降低. 第一性原理计算结果与实验结果一致. 关键词： C掺杂TiO 直流反应磁控溅射 第一性原理 电子结构     

稀土元素La掺杂β-FeSi2的几何结构和电子结构的第一性原理研究

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掺杂β-FeSi2的几何结构、能带结构、态密度进行了理论计算.几何结构的计算表明:La掺杂后使β-FeSi2的晶格常数a、b、c都变大了,使得晶胞体积也相应增大;La掺杂β-FeSi2的置换位置为FeⅡ位.电子结构的计算表明:能带结构为直接带隙,禁带宽度变窄仅为0.013eV;费米面进入价带,能带数目增多,态密度峰值减小,费米面附近载流子浓度显著增大.这些结果为β-FeSi2光电材料掺杂改性的实验和理论研究提供理论依据.     

Ga掺杂ZnO的电子结构与电性能的研究

采用密度泛函理论广义梯度近似第一性原理计算的方法研究了n型Ga掺杂的纤锌矿结构氧化物ZnO的晶格结构、能带结构和态密度,在此基础上分析了其电性能.计算结果表明,掺杂ZnO氧化物晶格a,b轴增大,c轴略有减小;Ga掺杂ZnO氧化物两能带之间具有0.6eV的直接带隙,需要载流子(电子)跃迁的能隙宽度较未掺杂的ZnO氧化物减小;掺杂体系费米能级附近的态密度大大提高,其能带主要由Gas态、Zns态和Os态电子构成,且他们之间存在着强相互作用,其中Gas态电子对导带贡献最大.电输运性能分析结果表明,Ga掺杂ZnO氧化物导电机构由Znp-Op电子在价带与导带的跃迁转变为Gas-Znd-Os电子在价带与导带的跃迁,这也表明Gas态电子在导电过程中的重要作用;掺杂体系费米能级附近的载流子有效质量较未掺杂体系增大,且价带中的载流子有效质量较大,导带中的载流子有效质量较小.     

AgSnO2触头材料在Ni-S共掺杂下的第一原理性计算

该研究采用掺杂的方式对SnO₂的导电性能进行改良,基于密度泛函理论的第一性原理,运用CASTEP软件对单掺杂Ni-SnO₂、S-SnO₂和共掺杂Ni-S-SnO₂的晶格参数、能带结构、电子态密度进行了计算,并对其电荷布居进行了分析.结果表明：S单掺杂时,晶胞体积略微增大;Ni单掺杂时,晶胞体积略微减小;而Ni-S共掺杂时,晶胞体积略微增大但增大幅度小于S单掺杂时的晶胞体积.与未掺杂相比,掺杂使得晶胞禁带减小、杂质能级增多、电子跃迁能减小,使其导电性增强,同时,掺杂使得费米能级附近峰值减小,局域性下降,原子间成键更强,材料更稳定.     

Mg-F受主-施主共掺SnO_2的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法,研究了Mg-F受主-施主共掺杂SnO_2的结构稳定性、能带结构、态密度及布居分布.结果表明,Mg-F掺杂能形成稳定的掺杂体系,在价带顶附近F 2p的态密度峰值强度较大,Mg-F原子之间杂化强,引入施主掺杂元素F有利于Mg受主掺杂的稳定性,同时Mg-O之间电子重叠布居值增大,原子之间的重叠增加,共有化增强,可使导电性能进一步提升.     

Electronic Structure and Optical Properties of Antimony-Doped SnO_2 from First-Principle Study

A first-principles study has been performed to calculate the electronic and optical properties of the SbxSn1xO system.The simulations are based upon the method of generalized gradient approximations with the Perdew-Burke-Ernzerhof form in the framework of density functional theory.The supercell structure shows a trend from expanding to shrinking with the increasing Sb concentration.The increasing Sb concentration induces the band gap narrowing.Optical transition has shifted to the low energy range with increasing Sb concentration.Other important optical constants such as the dielectric function,reflectivity,refractive index,and electron energy loss function for Sb-doped SnO2 are discussed.The optical absorption edge of SnO2 doped with Sb also shows a redshift.     

超晶格SnO2掺Cr的电子结构和光学性质的研究

基于密度泛函理论的第一性原理,采用全势线性缀加平面波方法(FPLAPW)和广义梯度近似(GGA)来处理相关能,计算了Cr掺杂SnO₂超晶格的电子态密度、能带结构、介电函数、吸收系数、反射率和折射率.研究表明由于Cr的掺入,超晶格SnO₂在费米能级附近形成了新的电子占据态,出现了不连续的杂质能带,这是由Cr-3d态和O-2p,Sn-5s态电子所形成.介电谱在0—5.5 eV之间时出现了三个新的介电峰,在高能区介电谱主峰位置发生蓝移,峰值强度减小.吸收谱、反射谱和折 关键词： 超晶格 第一性原理 态密度 电子结构     

Ce、Ga、La掺杂二维SnO2电子结构及光电性质的第一性原理研究

二维材料具有优异的光学、力学、热学、磁学等性质,成为研究的热点之一. SnO₂薄膜中的电子迁移率非常高,兼具透明和良好的导电性能,是一种性能绝佳的半导体材料.本文用密度泛函理论框架下的第一性原理研究了二维SnO₂及其掺杂体系的电子结构、电子态密度、导电性能及光学性质,计算结果表明：相比较于三维SnO₂,二维SnO₂的费米能级附近产生很多杂质能级,提高了载流子浓度,带隙明显变窄,电子的局域性增强,导带中电子的有效质量增加了,电子跃迁更容易发生,增加了材料的导电性能;二维SnO₂比三维SnO₂材料的电极化能力强,在红外区、可见光区、紫外区域的光子吸收性能更优异,光电导率更高,更有利于光生电子-空穴对的分离和迁移,即可以有效地提高其光电转换效率,其中掺杂La元素能更好地提高在红外区、可见光区及紫外区吸收光子的能力,更有利于光电转换的效率,提高导电性.     

Dielectric and magnetic properties of(Zn,Co) co-doped SnO_2 nanoparticles

Polycrystalline samples of(Zn, Co) co-doped SnO2 nanoparticles were prepared using a co-precipitation method. The influence of(Zn, Co) co-doping on electrical, dielectric, and magnetic properties was studied. All of the(Zn, Co) co-doped SnO2 powder samples have the same tetragonal structure of SnO2. A decrease in the dielectric constant was observed with the increase of Co doping concentration. It was found that the dielectric constant and dielectric loss values decrease, while AC electrical conductivity increases with doping concentration and frequency. Magnetization measurements revealed that the Co doping SnO2 samples exhibits room temperature ferromagnetism. Our results illustrate that(Zn, Co) co-doped SnO2 nanoparticles have an excellent dielectric, magnetic properties, and high electrical conductivity than those reported previously, indicating that these(Zn, Co) co-doped SnO2 materials can be used in the field of the ultrahigh dielectric material, high frequency device, and spintronics.     

不同Sb含量p-SnO2薄膜的制备和特性

采用化学气相沉积方法, 利用Sb₂O₃/SnO作为源材料, 在蓝宝石衬底上制备出不同Sb掺杂量的SnO₂薄膜, 并在此基础上制作出p-SnO₂:Sb/n-SnO₂同质p-n 结器件. 研究表明, 随着Sb含量的增加, 样品表面变得平滑, 晶粒尺寸逐渐增大, 且晶体质量有所改善, 发现少量Sb的掺入可以起到表面活化剂的作用. Hall测量结果证实适量Sb的掺杂可以使SnO₂呈现p型导电特性, 当Sb₂O₃/SnO的质量比为1:5时, 其电学参数为最佳值. 此外, p-SnO₂:Sb/n-SnO₂同质p-n结器件展现出良好的整流特性, 其正向开启电压为3.4 V.     

First-principle study of electronic structure and stability of Sn0.5Sb0.5O2

A theoretical study on Sb-doped SnO₂ has been carried out by means of periodic density functional theory (DFT) at generalized gradient approximation (GGA) level. Stability and conductivity analyses were performed based on the formation energy and electronic structures. The results show that Sn_0.5Sb_0.5O₂ solid solution is stable because the formation energy of Sn_0.5Sb_0.5O₂ is −0.06 eV. The calculated energy band structure and density of states showed that the band gap of SnO₂ narrowed due to the presence of the Sb impurity energy levels in the bottom of the conduction band, namely there is Sb 5s distribution of electronic states from the Fermi level to the bottom of conduction band after the doping of antimony. The studies provide a theoretical basis to the development and application of Sn_1−xSb_xO₂ solid solution electrode.     

The influence of oxygen deficiency and Sb doping on inverse photoemission spectra of SnO2

The changes in the empty electronic states in SnO₂ produced by ion-beam induced oxygen deficiency and by Sb doping have been studied by inverse photoemission spectroscopy. Inverse photoemission in SnO₂ itself is dominated by peaks 4 and 12 eV above the Fermi level, the former associated with empty states of dominant Sn 5p atomic character. Sb doping populates states in the Sn 5s conduction band, shifting the empty state structure closer to the Fermi energy. By contrast oxygen deficiency introduces new states above the main Sn 5p peak. These are tentatively described as 5s-5p hybrids pushed up in energy from the 5p band by mixing between atomic orbitais of different parity in the non-centrosymmetric cation environment of oxygen deficient SnO₂.