射频磁控溅射法生长MgxZn1-xO薄膜的结构和光学特性

用射频磁控溅射法在80℃的衬底温度下制备出Mg_xZn_1-xO(0≤x ≤030)薄膜.x射线 衍射(XRD)结果表明，Mg_xZn_1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构， 没有形成任何显著 的MgO分离相，Mg_xZn_1-xO薄膜的择优取向平行于与衬底垂直的 c轴；c轴晶格常数随着Mg含量的增加逐渐减小.在Mg_xZn_1-xO薄膜的光透射谱中出现 锐利的吸收边，由透 射谱估算出Mg_xZn_1-xO薄膜的带隙宽度由332eV(x=0)线性地 增加到396eV(x=030). 关键词： xZn_1-xO薄膜')" href="#">Mg_xZn_1-xO薄膜 射频磁控溅射 Mg含量     

白宝石衬底上生长的MgxZn1-xO晶体薄膜的结构和光学性能

在白宝石（sapphire）衬底上低温外延生长出了Mg_xZn_1-xO晶体薄膜.x射线衍射（XRD）及能量色散x射线（EDX）分析表明，Mg_xZn_1-xO薄膜的晶体结构依赖于薄膜中Mg的组分x，随着Mg组分的增大，Mg_xZn_1-xO薄膜的结构从与ZnO晶体一致的六方结构转变为与MgO晶体一致的立方结构.对Mg_xZn_1-xO薄膜的紫外透 关键词： 电子束蒸发反应 xZn_1-xO晶体薄膜')" href="#">Mg_xZn_1-xO晶体薄膜 结构和光学性能     

第一性原理的广义梯度近似+U方法的纤锌矿Zn1-xMgxO极化特性与Zn0.75Mg0.25O/ZnO 界面能带偏差研究

在纤锌矿结构Zn_1-xMg_xO/ZnO异质结构中发现了高迁移率的二维电子气(2DEG), 2DEG 的产生很可能是由于界面上存在不连续极化, 而且2DEG通常也被认为是由极化电荷产生的结果. 为了探索2DEG的形成机理及其产生的根源, 研究Zn_1-xMg_xO合金的极化特性与ZnO/Zn_1-xMg_xO超晶格的能带排列是非常必要的. 基于第一性原理广义梯度近似+U方法研究了Zn_1-xMg_xO合金的自发极化随Mg组分x的变化关系, 其中极化特性的计算采用Berry-phase方法. 由于ZnO与Zn_1-xMg_xO 面内晶格参数大小相当, ZnO 与Zn_1-xMg_xO 的界面匹配度优良, 所以ZnO/Zn_1-xMg_xO 超晶格模型较容易建立. 计算了Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格静电势的面内平均及其沿着Z(0001)方向上的宏观平均. (5+3)Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格拥有较大的尺寸, 确保远离界面的Mg_0.25Zn_0.75O与ZnO区域与块体计算情况一致. 除此之外, 基于宏观平均为能量参考, 计算得到Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格界面处价带偏差为0.26 eV, 并且导带偏差与价带偏差的比值处于合理区间, 这与近来实验上报道的结果相符. 除了ZnO在[0001]方向上产生自发极化外, 由于在ZnO中引入Mg杂质会产生应变应力, 导致Mg_xZn_1-xO层产生额外的极化值. 这样必然会在Mg_0.25Zn_0.75O/Zn界面处产生非连续极化现象, 促使单极性电荷在界面处积累, 从而在Mg_0.25Zn_0.75O/Zn超晶格中产生内在电场. 此外, 计算了Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格的能带排列, 由于价带偏差Δ E_V=0.26 eV与导带偏差ΔE_C=0.33 eV, 表明能带遵循I型排列. Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO 的这种能带排列方式足以让电子与空穴在势阱中产生禁闭作用. 2DEG在电子学与光电子学领域都有重要应用, 本文的研究结果将对Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO 界面2DEG的设计与优化中起到重要作用, 并且可以作为研究其他Mg组分的Mg_xZn_1-xO/ZnO超晶格界面电子气特性的参考依据.     

Be1-xMgxO合金的能带特性与相结构稳定性研究

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,对纤锌矿和岩盐矿结构Be_1-xMg_xO合金的晶格常数、能带特性和形成能进行计算,分析了不同Mg组分下不同结构的Be_1-xMg_xO合金晶格常数和能带差异.结果表明:随着Mg组分的增大,纤锌矿和岩盐矿Be_1-xMg_xO合金的晶格常数都线性增加,但它们的能隙都逐渐减小.对于相同Mg组分的Be_1-xMg_xO合金,岩盐矿结构的能隙要大于纤锌矿结构.当Mg组分为0.89时,Be_1-xMg_xO合金由纤锌矿相转变为岩盐矿相.为了使理论值与实验值相一致,对Be_1-xMg_xO合金的能隙计算值进行修正,得到纤锌矿和岩盐矿Be_1-xMg_xO合金的能隙弯曲系数b值分别为3.451 eV和4.96 eV.对纤锌矿BeO-MgO-ZnO三元合金的能隙和弯曲系数与晶格常数关系做了分析.     

退火温度对低温生长MgxZn1－xO薄膜光学性质的影响

用射频磁控溅射法在80℃衬底温度下制备出Mg_xZn_1-xO(x=0.16)薄膜，用X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)和透射谱研究了退火温度对Mg_xZn_1-xO薄膜结构和光学性质的影响.测量结果显示，Mg_xZn_1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构，并且具有沿c轴的择优取向；随着退火温度的升高，(002)XRD峰强度、平均晶粒尺寸和紫外PL峰强度增大，(002)XRD峰半高宽(F 关键词： xZn_1-xO薄膜')" href="#">Mg_xZn_1-xO薄膜 射频磁控溅射 退火     

溶胶-凝胶法制备MgxZn1-xO薄膜的结构及光学特性

用溶胶-凝胶法制备了一系列的Mg_xZn_1-xO(0≤x≤0.3)薄膜,并用X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)研究了不同的退火温度和Mg的掺杂含量对Mg_xZn_1-xO薄膜的结构和光学性质的影响.研究表明:Mg_xZn_1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构,并且具有沿c轴的择优取向;发现了中间热处理温度为350℃的Mg_xZn_1-xO薄膜退火温度的转折点为700℃,低于这个温度时随退火温度的升高,(002)衍射峰强度增强且掺Mg的薄膜既有紫外光又有绿光发射;800℃退火时,薄膜的(002)衍射峰强度减小,出现了(100)和(101)衍射峰,且掺Mg的薄膜只有紫外发光峰.不同的掺杂浓度对于发光也有影响,低于700℃退火时,ZnO薄膜只出现紫外发光峰,掺Mg的薄膜却出现了紫外和绿光两个发光峰.     

MgZnO薄膜及其量子阱和超晶格的发光特性

MgO和ZnO形成合金Mg_xZn_1-xO的带隙可以在3.3～7.9eV之间变化,在制备紫外波段光电器件方面有着广阔的应用前景.由ZnO和MgZnO交替沉积而成的ZnO/Mg_xZn_1-xO量子阱和超晶格在激光器、光探测器和其他光电器件方面也有潜在的应用价值.回顾最近几年对MgZnO薄膜材料发光特性的研究进展,介绍在不同衬底上用不同方法制备MgZnO合金薄膜的制备技术、发光特性以及发光特性与薄膜中Mg含量的关系;综述近年来在ZnO/Mg_xZn_1-xO超晶格、量子阱研究上的成果,特别介绍了ZnO/Mg_xZn_1-xO对超晶格、量子阱的发光特性、发光机理以及发光特性与势垒层镁含量、器件温度的关系.     

p型MgxZn1-xO薄膜材料的制备与光学特性

通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法在GaAs衬底上生长出了Mg_xZn_1-xO薄膜,通过氧气气氛下的高温退火使得衬底中的As原子通过扩散作用进入薄膜形成受主,得到p型的Mg_xZn_1-xO薄膜。退火前后XPS谱中As(3d)峰的对比表明,Mg_xZn_1-xO薄膜中存在As。电学测试结果表明:退火对样品的电阻率和载流子浓度的影响很大。这是长时间的氧气退火使得氧空位数目明显减少,从而使Zn—O键数量显著增加造成的。在样品的X射线衍射(XRD)谱中,p型样品的(002)衍射峰明显弱于n型样品。而在二者的光致发光(PL)谱中,都存在着很强的近带边发射(NBE)峰和较弱的深能级发射(DLE)峰,p型样品的NBE峰明显较弱而DLE峰却很强。这些现象是由于As原子的扩散,使薄膜中产生了新的缺陷能级,导致能级间的激子复合更加复杂。稳定的p型Mg_xZn_1-xO薄膜的获得为制备Mg_xZn_1-xO同质结和发光二极管奠定了基础。     

纤锌矿BexZn1-xO合金能隙弯曲系数的第一原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 对纤锌矿Be_xZn_1-xO合金进行能隙特性、弯曲系数和结构参数的计算. 结果表明: Be_xZn_1-xO合金的能隙和弯曲系数都随Be掺杂组分的增大而增大. 通过修正Be_xZn_1-xO合金的能隙值得知其合金弯曲系数b为6.02 eV, 这与实验值接近. 纤锌矿Be_xZn_1-xO合金的能隙弯曲系数过大主要来源于体积形变和电荷转移的贡献. 文中还分析了Be_xZn_1-xO合金的晶格常数、 平均键长和平均次近邻原子距离与Be组分的关系.     

掺Cd氧化锌的电子结构及相结构稳定性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论结合投影缀加平面波方法的VASP软件包,在考虑所有掺杂原子构型的前提下,对Cd掺杂ZnO合金的晶格常数、禁带宽度、电子态密度和形成焓进行了计算,分析了Cd含量和掺杂原子构型对纤锌矿wz-Zn_1-xCd_xO合金的电子结构和结构稳定性的影响.计算结果表明:随着Cd含量的不断增加,纤锌矿ZnCdO合金的平均晶格常数a,c均线性增加,但c/a的比值不会发生显著的变化;纤锌矿ZnCd 关键词： 密度泛函理论 ZnCdO合金 电子结构 形成焓     

强激光照射对2H-SiC晶体电子特性的影响

使用基于密度泛函微扰理论的第一原理赝势法, 计算了纤锌矿结构2H-SiC晶体在强激光照射下的电子特性, 分析了其能带结构和电子态分布. 计算结果表明: 2H-SiC平衡晶格参数a 和c随电子温度T_e的升高逐渐增大; 电子温度在0–2.25 eV范围内时, 2H-SiC仍然是间接带隙的半导体晶体, 当T_e超过2.25 eV达到2.5 eV以上时, 2H-SiC变为直接带隙的半导体晶体; 随着电子温度升高, 导带底和价带顶向高能量或低能量方向发生了移动, 当电子温度T_e大于3.5 eV以后, 价带顶穿越费米能级; 电子温度T_e在0–2.0 eV变化时, 带隙随电子温度升高而增大; T_e在2.0–3.5 eV范围变化时, 带隙随电子温度升高而快速地减少, 表明2H-SiC晶体的金属性随电子温度T_e的继续升高而增强. 在T_e =0, 5.0 eV 处, 计算了2H-SiC晶体总的电子态密度和分波态密度. 电子结构表明T_e =0 eV 时, 2H-SiC 是一个带隙为2.3 eV的半导体; 在T_e =5.0 eV时, 带隙已经消失而呈现出金属特性, 表明当电子温度升高时晶体的共价键变弱、金属键增强, 晶体经历了一个熔化过程, 过渡到金属状态.     

强激光照射对6H-SiC晶体电子特性的影响

使用基于密度泛函微扰理论的第一性原理赝势法, 模拟研究了纤锌矿6H-SiC晶体在强激光照射下电子特性的变化. 研究结果表明, 电子温度T_e在升高到3.89 eV及以上后, 6H-SiC由间接带隙的晶体变为直接带隙的晶体; 带隙值随电子温度T_e升高先是增大后又快速减小, 当电子温度T_e大于4.25 eV以后, 带隙已经消失而呈现出金属特性.     

Mg和Zn掺杂CuAlS2电子结构的分析

从能带结构和态密度分析了黄铜矿CuAlS₂的电子结构.对比未掺杂CuAlS₂,从晶体结构、电子结构、电荷密度分布讨论了Mg和Zn替位Al掺杂对CuAlS₂的影响.结果表明:Mg和Zn掺杂CuAlS₂都导致晶格常数增大,Mg掺杂晶胞体积增大更多;掺杂在价带顶引入受主态,形成p型电导;Mg掺杂比Zn掺杂的受主能级电离能略小;而Zn掺杂CuAlS₂体系总能更低,晶格结构更稳定. 关键词： 2')" href="#">CuAlS₂ p型掺杂 电子结构 能带结构     

Electronic structure and optical properties of Mg_xZn_(1-x)S bulk crystal using first-principles calculations

We perform the first-principles calculations within the framework of density functional theory to determine the elec- tronic structure and optical properties of MgxZnl-xS bulk crystal. The results indicate that the electronic structure and optical properties of MgxZnl_xS bulk crystal are sensitive to the Mg impurity composition. In particular, the MgxZnl-xS bulk crystal displays a direct band structure and the band gap increases from 2.05 eV to 2.91 eV with Mg dopant compo- sition value x increasing from 0 to 0.024. The S 3p electrons dominate the top of valence band, while the Zn 4s electrons and Zn 3p electrons occupy the bottom of conduction band in MgxZnl_xS bulk crystal. Moreover, the dielectric constant decreases and the optical absorption peak obviously has a blue shift. The calculated results provide important theoretical guidance for the applications of MgxZn1-xS bulk crystal in optical detectors.     

H掺杂α-Fe2O3的第一性原理研究

α-Fe₂O₃是一种重要的磁性半导体材料, 在电子器件中应用广泛, 具有重要的研究意义. 本文基于密度泛函理论, 采用GGA+U方法, 应用第一性原理对间隙H掺杂前后的六方相α-Fe₂O₃的晶格常数、态密度、Bader 电荷分布进行了计算分析. 研究了U值对结果的影响, 发现U=6 eV时, 体相α-Fe₂O₃的晶胞平衡体积、Fe原子磁矩、带隙值与实验值最符合. 在选取合适U值后, 第一性原理计算结果表明, H掺杂后, 间隙H部分被氧化, 其最近邻的Fe 和O部分被还原, H和O有一定程度的成键. 在费米面附近, 出现了新的杂化能级, 杂化能级扩展了价带顶的宽度, 同时导带底下移, 引起带隙减小, 表明H掺杂是一种有效的能带结构调控方法.     

The impact of Mg content on the structural,electrical and optical properties of MgZnO alloys: A first principles study

The structural, electronic and optical properties of wurtzite MgZnO with Mg concentration ranging from 0 to 0.5 are studied using the first principle calculations. It's found that the lattice constants c and specific volume V of the MgZnO alloys decrease and their band gap widens as Mg concentration increases, which are in agreement with our experimental results. A particular Mg concentration is found to exist at around 0.375, equals to which the corresponding MgZnO alloy has the minimum width of the top valence band. This indicates that Mg concentration may be used to tune the electronic properties of MgZnO alloy. Meanwhile, it's also found that the energy response range of the optical spectrums decreases with the increase of Mg concentration. There are different energy shifts toward high energy (blue shift) of the peaks in the optical spectrums with the increase of Mg concentration, which are explained by the variations of the density of states in details. So the electronic and optical properties of MgZnO may be tuned through Mg concentration, and our research results may provide meaningful references to the development and design of photoelectric devices.     

Ni-C共掺杂AgSnO2触头材料电性能第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理分析方法的CASTEP软件,计算了Ni、C单掺杂和共掺杂SnO₂的晶格参数、能带结构、电子态密度和布局,结果表明:单掺杂和共掺杂均使得晶胞体积略微增大,禁带减小,且仍属于直接带隙半导体,在价带顶和导带底产生杂质能级,其中Ni-C共掺杂时禁带最小,杂质能级最多,电子跃迁需要的能量更小,导电性也就最好.共掺杂时费米能级附近的峰值有所减小,局域性降低,原子间的成键结合力更强,使得SnO₂材料也更加稳定.     

Al掺杂浓度对CrSi2电子结构及光学性质的影响

采用基于第一性原理的赝势平面波方法,对不同Al掺杂浓度CrSi2的几何结构、能带结构、态密度和光学性质进行了计算和比较。几何结构和电子结构的计算表明:Al掺杂使得CrSi2的晶格常数a和b增大,c变化不大,晶格体积增大;Cr(Si1-xAlx)2仍然是间接带隙半导体,掺杂使得费米面向价带移动,且随着掺杂量的增大而更深地嵌入价带中,费米能级附近的电子态密度主要由Cr的3d态电子贡献。光学性质计算表明,随着掺杂量的增大,Cr(Si1-xAlx)2的静态介电常数、第一介电峰、折射率n0逐渐增大,平均反射效应减弱,表明Al掺杂有效增强了CrSi2对光的吸收,能够提高其光电转换效率。计算结果为CrSi2光电材料的应用和设计提供了理论指导。     

He原子掺杂铝材料的第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA),计算了铝及铝晶胞间隙位置掺入He原子后体系的几何结构、电子结构、总体能量和电荷布居值.计算结果表明:随着氦在金属铝中逐渐形成,铝晶胞体系会发生晶格畸变,但总的趋势是He在铝体系的八面体位置的晶格畸变小于其在四面体位置的晶格畸变.He在铝晶胞八面体和四面体间隙的杂质形成能分别为1.3367 eV和2.4411 eV.由此可知,He在铝晶胞中最稳定位置是八面体间隙位置.同时,文中还从原子尺度层面分析了He原子在铝晶胞中的占位及其键合性质,讨论 关键词： 铝材料 第一性原理 形成能     

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.