P掺杂6H-SiC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法,计算未掺杂与P替换Si、C以及P间隙掺杂6H-SiC的电子结构与光学性质。结果显示未掺杂的6H-SiC是带隙为2.052 eV的间接带隙半导体,P替换Si、C掺杂以及P间隙掺杂6H-SiC带隙均减小,分别为1.787 eV、1.446 eV和0.075 eV,其中P间隙掺杂带隙减小幅度最大。P替换掺杂6H-SiC使得费米能级向导带移动并插入导带中,呈n型半导体。P间隙掺杂价带中的一条能级跨入费米能级,因此在禁带中出现一条P 3p杂质能级,P间隙掺杂6H-SiC转为p型半导体。替换与间隙掺杂使得6H-SiC的介电函数实部增大,介电函数虚部、吸收光谱、反射光谱与光电导率红移,其中P间隙掺杂效果最佳。通过P掺杂材料的电导率增强,对红外波段的利用率明显提高,为6H-SiC在红外光电性能方面的应用提供有效的理论依据。     

P和As掺杂Mn4Si7第一性原理计算

采用第一性原理计算方法,对本征Mn₄Si₇以及P和As掺杂的Mn₄Si₇的电子结构和光学性质进行计算解析。计算结果表明本征Mn₄Si₇是带隙值为0.810 eV的间接带隙半导体材料,P掺杂Mn₄Si₇的带隙值增大为0.839 eV,As掺杂Mn₄Si₇的带隙值减小为0.752 eV。掺杂使得Mn₄Si₇的能带结构和态密度向低能方向移动,同时使得介电函数的实数部分在低能区明显增大,虚数部分几乎全部区域增加且8 eV以后趋向于零。此外掺杂还增加了高能区的消光系数、吸收系数、反射系数以及光电导率,明显改善了Mn₄Si₇的光学性质。     

BCC结构TiCrTaV合金的电子结构及力学性能的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算TiCrTaV多组元合金中两种BCC结构的结构稳定性、力学性能、德拜温度、电子结构和布居分析. 生成焓和内聚能结果表明BCC1的结构稳定性更好,更容易形成. 弹性常数和模量表明BCC1的强度和韧性更强,BCC2的抗剪切能力和刚度更好,两种结构均具有弹性各向异性. 德拜温度和Grüneisen参数结果表明BCC2的键合强度和热稳定性更好. 电子结构和布居分析表明两种结构均包含共价键和金属键. Ta原子形成的共价键强度更大,金属键仅存在于Ti、Cr和V原子之间. 元素成键后Ti和V原子失去电子,Cr和Ta原子得到电子.     

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.     

GaAs晶体在不同应变下生长过程的分子动力学模拟

GaAs晶体的高质量生长对于制造高性能高频微波电子器件和发光器件具有重要意义.本文通过分子动力学方法对GaAs晶体沿[110]晶向的诱导结晶进行模拟,并采用最大标准团簇分析、双体分布函数和可视化等方法研究应变对生长过程和缺陷形成的影响.结果表明,不同应变条件下GaAs晶体的结晶过程发生显著变化.在初始阶段,施加一定拉应变和较大的压应变后,体系的晶体生长速率发生降低,且应变越大,结晶速率越低.此外,随着晶体的生长,体系形成以{111}小平面为边界的锯齿形界面,生长平面与{111}小平面之间的夹角影响固液界面的形态,进而影响孪晶的形成.施加拉应变越大,此夹角越小,形成孪晶缺陷越多,结构越不规则.同时,体系中极大部分的位错与孪晶存在伴生关系,应变的施加可以抑制或促进位错的形核,合适的应变甚至可以使晶体无位错生长.本文从原子尺度上研究GaAs的微观结构演化,可为晶体生长理论提供理论指导.     

不同浓度下V掺杂Mg2Si的第一性原理研究

本文用基于密度泛函理论的超软赝势平面波方法,分别计算了四种V掺杂模型Mg_2-xV_xSi(x=0,0.25,0.5,0.75)的电子结构和光学性质,并对其能带图、态密度图和光学性质进行了分析.结果表明,V掺杂之后会使Mg₂Si由其原本的半导体性变为半金属性,在费米能级处出现了杂质能级,态密度图也显示V元素的3d轨道的贡献在费米能级附近占据主导地位,Mg₂Si的光学性质随着V元素的掺入也发生了改变.该文为Mg₂Si材料在电子器件和光学器件方面的应用提供了理论依据.     

Cd、Sr掺杂Mg2Ge电子结构和光学性质的第一性原理研究

此文用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,分别研究了本征、掺Cd、掺Sr的Mg₂Ge的能带结构、电子态密度和光学性质.研究结果表明,本征Mg₂Ge是一种间接带隙半导体,带隙值为0.228eV.Sr的掺入使其变成带隙为0.591 eV的直接带隙半导体,Cd掺杂Mg₂Ge后表现出半金属性质.掺杂后的主要吸收峰减小,吸收谱范围增加.在可见光能量范围内,掺杂的Mg₂Ge有更低的反射率,对可见光的利用率增强.此外,掺杂还提高了高能区的光电导率.     

溅射功率对金属锰膜光学性质的影响

采用磁控溅射方法在Si（111）基片上制备金属锰膜,用椭圆偏振光谱在入射光子能量为2.0–4.0 eV范围内研究了溅射功率对薄膜光学性质的影响. 利用德鲁得-洛伦兹色散模型对椭偏数据进行拟合,结果表明在测量范围内随溅射功率增加薄膜的折射率减小;消光系数随入射光子能量增加先增加后减小,在3.0 eV附近处出现极大值,并且极大值所处的位置随溅射功率增加而向低能方向移动,这主要与溅射沉积的锰薄膜的质量有关,且随溅射功率的增加薄膜的消光系数逐渐趋近于金属锰的数值. 研究结果还表明溅射功率的增加减少了薄膜中的空隙,有利于薄膜的生长. 关键词： 磁控溅射 金属锰膜 椭圆偏振光谱 德鲁得-洛伦兹色散模型     

Modulation of Schottky barrier in XSi2N4/graphene (X=Mo and W) heterojunctions by biaxial strain

Reducing the Schottky barrier height (SBH) and even achieving the transition from Schottky contacts to Ohmic contacts are key challenges of achieving high energy efficiency and high-performance power devices. In this paper, the modulation effects of biaxial strain on the electronic properties and Schottky barrier of MoSi₂N₄ (MSN)/graphene and WSi₂N₄ (WSN)/graphene heterojunctions are examined by using first principles calculations. After the construction of heterojunctions, the electronic structures of MSN, WSN, and graphene are well preserved. Herein, we show that by applying suitable external strain to a heterojunction stacked by MSN or WSN — an emerging two-dimensional (2D) semiconductor family with excellent mechanical properties — and graphene, the heterojunction can be transformed from Schottky p-type contacts into n-type contacts, even highly efficient Ohmic contacts, making it of critical importance to unleash the tremendous potentials of graphene-based van der Waals (vdW) heterojunctions. Not only are these findings invaluable for designing high-performance graphene-based electronic devices, but also they provide an effective route to realizing dynamic switching either between n-type and p-type Schottky contacts, or between Schottky contacts and Ohmic contacts.     

Cr、Sn、Co掺杂对层状二维材料MoSi2N4的电子和光学性能的影响

基于新合成的二维材料MoSi₂N₄（MSN）,我们建立了一系列MSN的掺杂模型进行了第一原理计算。首先,我们计算了本征MSN的电子特性,包括其能带结构和态密度。然后我们研究了Cr、Sn和Co掺杂对MSN的电子和光学性质的影响。结果表明,在3种掺杂体系中,Co掺杂体系表现出最低的形成能,这表明Co掺杂体系是最稳定的。通过带隙计算表明,尽管3种掺杂模型都降低了MSN的固有带隙,但却表现出3种不同的电子特性。态密度图也显示,Cr和Co掺杂体系都在导带底（CBM）和价带顶（VBM）附近产生局部尖峰。此外,光学性质的计算中表明,掺杂后体系的光学性质也得到了改善。