N-S共掺杂金红石相TiO2电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究N和S单掺杂以及N和S共掺杂金红石相TiO2的能带结构,态密度和光学性质.结果表明:N掺杂导致禁带宽度减小为1.43 eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.32 eV;N和S共掺杂导致能带结构中出现了两条杂质能带,靠近导带的一条杂质能级距离导带底约0.35 eV,靠近价带的一条杂质能级距离价带顶约0.85 eV,杂质能级主要由N原子的2p轨道和S原子的3p轨道组成.N和S掺杂后不但使TiO2的吸收带产生红移,而且在可见光区具有较大的吸收系数,光催化活性增强.     

Co-Cr共掺杂金红石型TiO_2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,采用第一性原理赝势平面波方法计算了Co、Cr单掺杂以及Co-Cr共掺杂金红石型TiO2的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明:纯金红石的禁带宽度为3.0eV,Co掺杂金红石型TiO2的带隙为1.21eV,导带顶和价带底都位于G点处,仍为直接带隙,在价带与导带之间出现了由Co 3d和Ti 3d轨道杂化形成的杂质能级;Cr掺杂金红石型TiO2的直接带隙为0.85eV,在价带与导带之间的杂质能级由Cr 3d和Ti 3d轨道杂化轨道构成,导带和价带都向低能级方向移动;Co-Cr共掺杂,由于电子的强烈杂化,使O-2p态和Ti-3d态向Co-3d和Cr-3d态移动,使价带顶能级向高能级移动而导带底能级向低能方向移动,极大地减小了禁带的宽度,也是共掺杂改性的离子选择依据.掺杂金红石型TiO2的介电峰、折射率和吸收系数峰都向低能方向移动;在E2.029eV的范围内,纯金红石的ε2、k和吸收系数为零,掺杂后的跃迁强度都大于未掺杂时的跃迁强度,Co-Cr共掺杂的跃迁强度大于Co掺杂及Cr掺杂,说明Co、Cr共掺杂更能增强电子在低能端的光学跃迁,具有更佳的可见光催化性能.     

ZnLaxSn-x（x=4，8）半导体材料光电性质的第一性原理计算

本文采用第一性原理研究了ZnS,Zn La4Sn-4,ZnLa8Sn-8三个体系的能带结构、分态密度、总态密度以及复介电函数.研究结果显示: ZnS体系的价带顶和导带底都在G点处,为直接带隙材料;ZnLa4Sn-4,Zn La8Sn-8两体系的导带向价带移动,费米能级处有多条能级穿过,费米能级处附近的态密度则由S 3p ,Zn 3p和La 5d以及5p 轨道组成;对比分析ZnS,ZnLa4Sn-4,ZnLa8Sn-8三个体系的复介电函数的虚部发现Zn La4Sn-4、ZnLa8Sn-8体系在0-10eV区域内的介电峰都少于本征结构,而在10到20eV的高能量区间内,ZnLa4Sn-4、ZnLa8Sn-8体系介电峰的相应幅度较ZnS增强.     

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。     

非掺杂ZnO薄膜中紫外与绿色发光中心

用直流反应溅射方法在硅衬底上淀积了ZnO薄膜,测量它们的光致发光(PL)光谱,观察到两个发光峰,峰值能量分别为3.18(紫外峰,UV)和2.38eV(绿峰).样品用不同温度分别在氧气、氮气和空气中热处理后,测量了PL光谱中绿峰和紫外峰强度随热处理温度和气氛的变化,同时比较了用FP-LMT方法计算的ZnO中几种本征缺陷的能级位置.根据实验和能级计算的结果,推测出ZnO薄膜中的紫外峰与ZnO带边激子跃迁有关,而绿色发光主要来源于导带底到氧错位缺陷(O_Zn)能级的跃迁,而不是通常认为的氧空 关键词： ZnO薄膜 热处理 光致发光光谱 缺陷能级     

拉伸形变下BC3纳米管的能带结构

运用紧束缚能带理论,研究拉伸形变下BC₃纳米管的能带结构. 研究表明:随着拉伸和压缩强度的不断增加,BC₃纳米管的导带能级和价带能级逐渐靠近,最终发生能带交叠. 压缩形变下能带的交叠程度可达05 eV,而拉伸形变下只有02 eV. 对于扶手椅型BC₃纳米管,随着拉伸和压缩的不断增加,BC₃纳米管首先由直接半导体转化为间接半导体,进而发生能带的交叠,表现出金属性. 在无形变时,扶手椅型BC₃纳米 关键词： 3纳米管')" href="#">BC₃纳米管 能隙 拉伸形变 半导体     

稀土元素Sc、Tm掺杂GaSb的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法研究了本征GaSb以及稀土元素Sc、Tm掺杂后的GaSb的电子结构和光学性质.计算结果表明：Sc、Tm掺杂后GaSb仍为直接带隙的P型半导体. Sc掺杂后GaSb在导带中诱导了浅能级缺陷态,带隙变窄. Tm掺杂后GaSb在导带中诱导了深能级缺陷态,带隙变宽. Sc、Tm掺杂后使能量损失减小并且均增强了GaSb对中红外波段光子的吸收,其中Sc掺杂效果更佳,在4.3μm(0.28 eV)处存在吸收峰,峰值为1.7×10~5 cm^-1,且直到波长为6.8μm(0.18 eV)时,光吸收系数仍能达到1×10~5 cm^-1.计算结果为拓展GaSb基半导体材料在红外探测器、红外半导体激光器等领域的应用提供理论参考.     

缺陷对单层MoS2电子结构的影响

为了研究缺陷对单层MoS2的电子结构, 本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理, 采用数值基组的方法计算了MoS2的Mo位缺陷、S位缺陷的能带结构和态密度.结果发现：Mo位缺陷、S位缺陷的MoS2的能带结构中的价带顶与导带底都在Q点, 为直接带隙材料; 其中Mo位缺陷体的禁带区域都出现5条新能级, S位缺陷体的禁带区域出现了3条新能级; 缺陷体能带结构的能量下降与体系中未成键的电子有关.对于态密度而言, Mo位缺陷体的费米能级处出现了峰值, 表明Mo位缺陷会对其光电性质带来影响.同时分析电荷分布发现, Mo缺陷周围存在着负电荷聚集的现象, S缺陷周围存在正电荷聚集的现象.     

缺陷对单层MoS_2电子结构的影响

为了研究缺陷对单层MoS_2的电子结构,本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用数值基组的方法计算了MoS_2的Mo位缺陷、S位缺陷的能带结构和态密度.结果发现:Mo位缺陷、S位缺陷的MoS_2的能带结构中的价带顶与导带底都在Q点,为直接带隙材料;其中Mo位缺陷体的禁带区域都出现5条新能级,S位缺陷体的禁带区域出现了3条新能级;缺陷体能带结构的能量下降与体系中未成键的电子有关.对于态密度而言,Mo位缺陷体的费米能级处出现了峰值,表明Mo位缺陷会对其光电性质带来影响.同时分析电荷分布发现,Mo缺陷周围存在着负电荷聚集的现象,S缺陷周围存在正电荷聚集的现象.     

富镓GanAs团簇稳定性及缺陷特性的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对富镓中性Gan As(n=1~9)团簇的稳定性及缺陷特性进行了研究.结果表明,随着总原子数的增大,各基态团簇结合能的二阶差分值和团簇能隙差均呈奇偶交替变化规律,总原子数为奇数的团簇比总原子数为偶数的团簇稳定;部分团簇的能隙差小于砷化镓材料的禁带宽度,为砷化镓材料缺陷的研究提供了帮助,其中GaAs团簇缺陷中的VAs VGa缺陷导致能带中的Γ点处的带隙宽度减小,其最低施主缺陷能级位于导带底以下0.39eV,该值接近于EL6缺陷能级的实验值;团簇各基态结构的振动频率均在THz频段,从而为砷化镓材料的THz波辐射和缺陷的THz波检测提供了依据.     

射频磁控溅射法制备ZnO薄膜的发光特性

利用射频磁控溅射法在硅衬底上制备出具有（002）择优取向的氧化锌薄膜，用波长为300nm的光激发，观察到在446nm处有一强的光致发光峰，它来自于氧空位浅施主能级上的电子到价带上的跃迁。并讨论了发光峰与氧压的关系以及退火对它的影响，且给出了解释。     

掺Er/Pr的GaN薄膜深能级的研究

利用深能级瞬态谱(DLTS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对GaN以及GaN掺Er/Pr的样品进行了 电学和光学特性分析.研究发现未掺杂的GaN样品只在导带下0.270eV处有一个深能级；GaN注 入Er经900℃,30min退火后的样品出现了四个深能级，能级位置位于导带下0.300 eV,0.188 eV,0.600 eV 和0.410 eV；GaN注入Pr经1050℃,30min退火后的样品同样出现了四个深能级 ，能级位置位于导带下0.280 eV,0.190 eV,0.610 eV 和0.390 eV；对每一个深能级的来源 进行了讨论.光谱研究表明，掺Er的GaN样品经900℃,30min退火后，可以观察到Er的1538nm 处的发光，而且对能量输运和发光过程进行了讨论. 关键词： GaN Er Pr 深能级     

Photoluminescence characterization of polycrystalline n-type Cu2O films

Electrodeposition was used to deposit Cu₂O thin films on ITO substrates. Photoresponse of the film clearly indicated n-type behavior of Cu₂O in photoelectrochemical cells. The temperature dependence of photoluminescence (PL) revealed that the spectra consist of donor-acceptor pair emissions and the recombination between electrons bound to donors and free holes. We observed that the dominant intrinsic defect, oxygen vacancies, creates a donor energy level at 0.38 eV below the bottom of the conduction band. As a result, this donor level acts as a center for both PL emissions and to produce n-type conductivity in the electrodeposited Cu₂O films. In addition, an acceptor energy level at 0.16 eV from the top of the valence band was observed.     

生长温度对6H-SiC上SiCGe薄膜发光特性的影响

利用低压化学气相淀积工艺在6H-SiC衬底成功制备了SiCGe薄膜。通过光致发光(PL)谱研究了生长温度对SiCGe薄膜发光特性的影响。结果表明:生长温度为980,1030,1060℃的SiCGe薄膜的室温光致发光峰分别位于2.13,2.18,2.31eV处;通过组分分析和带隙计算,认定该发光峰来自于带间辐射复合,证实了改变生长温度对SiCGe薄膜带隙的调节作用。同时,对SiCGe薄膜进行了变温PL测试,发现当测试温度高于200K时,发光峰呈现出蓝移现象。认为这是不同机制参与发光所造成的。     

掺锰氧化锌的结构和光学特性

采用直流反应磁控溅射的方法,在玻璃衬底上沉积了Zn0.93Mn0.07O薄膜,研究了氧分压对薄膜结构和光学特性的影响。X射线衍射测试结果显示,Zn0.93Mn0.07O薄膜都具有高度的c轴择优取向,在氧分压为0.4的时候,薄膜的衍射峰具有最小的半峰全宽,最大的晶粒尺寸。X射线光电子能谱测试结果表明:Mn2 离子已经取代了氧化锌晶格中的部分Zn2 ,但还掺杂有少量的MnO2分子;处在1 021 eV的Zn 2p3/2能级只有单一的Zn2 ;而O2 -则来自Zn-O和Mn-O。由于伯斯坦-莫斯效应,Zn0.93Mn0.07O薄膜光吸收跃迁过程只能在价带态和费密能级附近及以上的导带空态之间发生,其吸收谱线显示,与纯ZnO薄膜吸收谱线相比,产生了蓝移现象。同时还伴随有导带尾跃迁的发生,研究表明,这是由3d5多重能级的d-d跃迁而引起的。经过计算,在氧分压为0.4的时,Zn0.93Mn0.07O薄膜的禁带宽度是最大的,这可能是由交换作用的减弱而引起的。     

Effect of the oxygen pressure on the microstructure and optical properties of ZnO films prepared by laser molecular beam epitaxy

A series of ZnO films were prepared on the Si (1 0 0) or glass substrate at 773 K under various oxygen pressures by using a laser molecular beam epitaxy system. The microstructure and optical properties were investigated through the X-ray diffraction, Raman spectrometer, scanning electron microscope, ultraviolet–visible spectrophotometer and spectrofluorophotometer. The results showed that ZnO thin film prepared at 1 Pa oxygen pressure displayed the best crystalinity and all ZnO films formed a columnar structure. Meanwhile, all ZnO films exhibited an abrupt absorption edge near the wavelength of 380 nm in transmission spectra. With increasing the oxygen pressure, the transmission intensity changed non-monotonically and reached a maximum of above 80% at 1 Pa oxygen pressure, based on which the band gaps of all ZnO films were calculated to be about 3.259–3.315 eV. Photoluminescence spectra indicated that there occurred no emission peak at a low oxygen pressure of 10⁻⁵ Pa. With the increment of the oxygen pressure, there occurred a UV emission peak of 378 nm, a weak violet emission peak of 405 nm and a wide green emission band centered at 520 nm. As the oxygen pressure increased further, the position of UV emission peak remained and its intensity changed non-monotonically and reached a maximum at 1 Pa. Meanwhile the intensity of green emission band increased monotonically with increasing the oxygen pressure. In addition, it was also found that the intensity of UV emission peak decreased as the measuring temperature shifted from 80 to 300 K. The analyses indicated that the UV emission peak originated from the combination of free excitons and the green emission band originated from the energy level jump from conduction band to O_Zn defect.     

氧分压对PLD制备ZnO薄膜结构和发光性质的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在Si(100)衬底上制备出高度c轴取向的ZnO薄膜。通过X射线衍射(XRD)谱,扫描电镜(SEM)和室温光致发光(PL)光谱的测量,研究了生长气氛压强的改变对薄膜结构和光致发光的影响。实验结果表明,当氧压从10Pa升高到100Pa时ZnO(002)衍射峰的半峰全宽(FWHM)增大。可以认为这是由于较高的氧压下,到达衬底表面的离子动能减小。这样部分离子没有足够的能量迁移到生长较快的(002)面,c轴取向变差,导致(002)衍射峰的强度降低,半峰全宽增大。随着氧压增大,紫外发光强度增强。这可能是氧压变大,薄膜的化学配比升高,说明化学配比对UV发光的影响要大于薄膜微结构的影响。改变氧气压强对薄膜的表面形貌也有较大的影响。     

Room-temperature deposition of nanocrystalline PbWO 4 thin films by pulsed laser ablation

Pulsed laser ablation (PLA) was applied to synthesize nanocrystalline PbWO₄ thin films onto glass substrates. The effects of Ar background gas pressure on phase evolution, microstructures and optical characteristics of PbWO₄ thin films were investigated in detail. The PLA processes were carried out at room temperature without substrate heating or post-annealing treatment. XRD and HR-TEM results revealed that the PbWO₄ thin films are composed of nanocrystalline and amorphous phases. Moreover, the films contained a high density of lattice defects such as twin boundaries and edge dislocations. The crystallite size and crystallinity increased, which were associated with a change in surface morphology as the Ar pressure increased. Reduced tungsten states W⁵⁺ or W⁴⁺ induced by oxygen vacancies were observed at 10 Pa and the atomic concentration of all constituent element was almost stoichiometric, especially the [Pb]/[W] ratio, which was nearly unity above 50 Pa. The optical energy band-gap was 3.03 eV at 50 Pa and increased to 3.35 eV at 100 Pa, which are narrower than the reported value (4.20 eV). This optical band-gap narrowing could be attributed to localized band-tail states and new energy levels induced by the amorphous structure and inherent lattice defects. PACS 81.15.Fg; 78.20.-e; 68.55.-a; 73.22.-f     

Photoluminescence and absorption in sol-gel-derived ZnO films

Highly c-axis-oriented ZnO films were obtained on corning glass substrate by sol-gel technique. The characteristics of photoluminescence (PL) of ZnO, as well as the exciton absorption in the absorption (UV) spectra are closely related to the post-annealing treatment. The difference between PL peak position and the absorption edge, designated as Stokes shift, is found to decrease with the increase of annealing temperature. The minimum Stokes shift is about 150 meV. The decrease of Stokes shift is attributed to the decrease in carrier concentration in ZnO film with annealing. X-ray diffraction, surface morphology and refractive index results indicate an improvement in crystalline quality with annealing. Annealed films also exhibit a green emission centered at ∼520 nm with activation energy of 0.89 eV. The green emission is attributed to the electron transition from the bottom of the conduction band to the antisite oxygen O_Zn defect levels.     

利用离子激发发光研究低温条件下ZnO发光行为EI北大核心CSCD

离子激发发光(Ions beam induced luminescence,IBIL)可以实时原位分析不同温度、不同离子辐照条件下材料内部点缺陷的演变行为。本文利用2 MeV H^(+)研究了300,200,100 K温度下ZnO单晶内部点缺陷发光及其随注量的演变行为。实验中发现ZnO深能级发射和近带边发射,结合Voigt分峰与XPS实验结果,确定红光(1.75 eV)与V_(Zn)相关,橙红光(1.95 eV)来自Zn_(i)到O_(i)跃迁;对于与V_(O)相关的绿光(2.10 eV),其红移可能由于温度降低导致更多电子由导带释放到Zn_(i)。峰中心位于3.10 eV和3.20 eV近带边发射分别来自于Zn_(i)到价带的跃迁和激子复合,红移原因分别为Zn_(i)附近局域化能级和带隙收缩。利用单指数公式对发光强度进行拟合,获得的衰减速率常数(f)可以表征缺陷的辐射硬度,对比发现深能级发射峰在200 K时辐射硬度最大,而近带边发射峰在300 K时辐射硬度最大。