硅熔化特性的分子动力学模拟–-不同势函数的对比研究

分别采用Stillinger-Weber (SW)势、修正的成熟原子嵌入模型(MEAM)势、 Tersoff势和HOEP (highly optimized empirical potential)势来描述硅原子间相互作用, 运用分子动力学方法对比模拟研究了四种势函数的硅晶体的体熔化和表面熔化特性. 结果表明: 四种势函数均能反映出硅的热膨胀、高温熔化和熔化时吸热收缩等基本物理规律. 但综合对比发现, Tersoff势和MEAM势相对更适合描述硅的熔化和凝固过程, SW势次之, HOEP势则不适合描述硅的熔化和凝固过程. 关键词： 硅 势函数 熔化 分子动力学     

应变对纳米铜晶界迁移的影响

用分子动力学方法模拟了金属铜纳米双晶中晶界在应变作用下的迁移过程，晶界类型为〈11l〉倾侧∑19晶界。原子问相互作用力采用Finnis-Sinclair型EAM势计算。结果表明：平行于晶界方向的压应变可以促进晶界在相邻品界交互作用下发生迁移；垂直于晶界方向的压应变则不能对晶界迁移产生明显的效果。晶界迁移大致可分为两个阶段，前阶段晶界迁移缓慢，随晶界间距减小，晶界间交互作用加强，使晶界迁移显著加速。     

面心立方晶体外延膜沉积生长中失配位错的结构与形成过程

用分子动力学方法对5%负失配条件下面心立方晶体铝薄膜的原子沉积外延生长进行了三维模拟.铝原子间的相互作用采用嵌入原子法(EAM)多体势计算.模拟结果再现了失配位错的形成现象.分析表明，失配位错在形成之初即呈现为Shockley扩展位错，即由两个伯格斯矢量为〈211〉/6的部分位错和其间的堆垛层错组成，两个部分位错的间距、即层错宽度为1.8 nm,与理论计算结果一致；外延晶体薄膜沉积生长中，位错对会发生滑移，但其间距保持稳定.进一步观察发现，该扩展位错产生于一种类似于“局部熔融-重结晶”的表层局部无序紊乱- 关键词： 失配位错 外延生长 薄膜 分子动力学 铝     

温度对金属纳米线势能分布的影响

采用三维分子动力学模拟方法,以面心立方金属银为研究对象,基于Finnis-Sinclair型嵌入原子法(EAM)多体势,模拟研究了纳米线势能分布特征在常温下及其在不同温度直到熔化过程中的变化,给出了常温及不同温度银纳米线势能分布比例和势能分布函数.结果表明:常温下,纳米线高势能原子比例随纳米线横截面尺寸的减小而增大,势能分布函数曲线各峰位几乎与纳米线横截面尺寸无关;纳米线熔化前的势能分布函数曲线具有多个波峰,随着温度增加,峰数减少且峰位右移;熔化后,多峰特征消失,只有一个宽化的峰.     

MEAM势与Tersoff势比较研究——碳化硅熔化与凝固行为

运用分子动力学方法对比模拟研究了碳化硅的体熔化、表面熔化和晶体生长过程.分别采用MEAM 势和Tersoff势两种势函数描述碳化硅.结果表明:体熔化时,两种势函数描述的SiC的原子平均能量、 Lindemann指数和结构有序参数与温度的变化关系相似,但MEAM势对应的体熔点(4250 K)比Tersoff势(4750 K) 的要高.表面熔化时,两种势函数描述的SiC在相同的过热度下熔化速度相近;而在相同的温度条件下,MEAM 作用的SiC表面熔化速度更快.这是由于MEAM势SiC的热力学熔点(3338 K)低于Tersoff势SiC的热力学熔点 (3430 K)的缘故.两种势函数作用的SiC在晶体生长方面差异很大.MEAM势SiC的晶体生长速度与过冷度有关, 过冷度约为400 K时晶体生长速度最快.但Tersoff势SiC晶体却在过冷度为0—1000 K的范围内均不能生长. 综合考虑,MEAM势比Tersoff势能更好地描述碳化硅的熔化和凝固行为.     

硅晶体生长速率与过冷度关系的分子动力学模拟研究

基于Tersoff势函数描述硅原子间的相互作用,运用分子动力学方法模拟研究了不同过冷度条件下硅晶体凝固生长速率。结果发现,在一定过冷度范围内,硅晶体的生长速率随过冷度的增大而呈先快速增大后缓慢减小的趋势,并最终趋于不生长。同时,运用Wilson-Frenkel模型从理论上对硅晶体生长速率与过冷度关系进行了预测,分子动力学模拟结果与Wilson-Frenkel模型预测结果基本吻合,表明了硅晶体沿[100]方向的生长是一种扩散型生长。     

应变对硅晶体生长影响的分子动力学模拟研究

基于Tersoff势描述的硅原子间相互作用,通过分子动力学方法模拟考察了在垂直于生长方向上分别对晶体施加了不同应变时,硅沿[100]和[112]晶向的晶体生长。结果显示,在压应变条件下,随着应变的增大晶体生长速率减小;而在拉应变条件下,在小应变范围内,晶体生长速率随应变增大并不减小,甚至还可能增大,只有当应变达到一定程度时,晶体生长速率才会随着应变的增大而减小;拉应变对[112]方向生长中液-固界面的形态也产生了显著影响。     

采用纳米晶柱阵列衬底抑制失配位错形成的分子动力学模拟研究

运用分子动力学方法对纳米晶柱阵列衬底上铝簿膜的外延生长进行了模拟研究.所采用的原子间相互作用势为嵌入原子法(EAM)多体势.模拟结果表明：采用纳米晶柱阵列衬底可以在不形成失配位错的条件下释放其上生长的外延薄膜晶体中的失配应变，有效地抑制其中失配位错的形成，获得高质量的外延薄膜晶体；这种纳米晶柱阵列的几何设计应满足两个基本条件：1) 晶柱的横截面尺寸应大于对应温度下的晶柱热失稳临界尺寸，以克服纳米结构的热失稳，模拟显示700K下铝的热失稳临界尺寸为19nm；2) 晶柱的高度与间距之比应大于076，以保证 关键词： 失配位错 分子动力学 纳米晶柱 铝     

Enhanced near-infrared responsivity of silicon photodetector by the impurity photovoltaic effect

The near-infrared responsivity of a silicon photodetector employing the impurity photovoltaic(IPV) effect is investigated with a numerical method. The improvement of the responsivity can reach 0.358 A/W at a wavelength of about1200 nm, and its corresponding quantum efficiency is 41.1%. The origin of the enhanced responsivity is attributed to the absorption of sub-bandgap photons, which results in the carrier transition from the impurity energy level to the conduction band. The results indicate that the IPV effect may provide a general approach to enhancing the responsivity of photodetectors.     

β-FeSi2 as the bottom absorber of triple-junction thin-film solar cells: A numerical study

Using β-FeSi2 as the bottom absorber of triple-junction thin-film solar cells is investigated by a numerical method for widening the long-wave spectral response. The presented results show that the β-FeSi2 subcell can contribute 0.273 V of open-circuit voltage to the a-Si/μc-Si/β-FeSi2 triple-junction thin-film solar cell. The optimized absorber thicknesses for a- Si, μ-Si, and/3-FeSi2 subcells are 260 nm, 900 nm, and 40 nm, respectively. In addition, the temperature coefficient of the conversion efficiency of the a-Si/μc-Si//3-FeSi2 cell is -0.308 %/K, whose absolute value is only greater than that of the a-Si subcell. This result indicates that the a-Si/μc-Si/β-FeSi2 triple-junction solar cell has a good temperature coefficient. As a result, using β-FeSi2 as the bottom absorber can improve the thin-film solar cell performance, and the a-Si/μc-Si/β-FeSi2 triple-junction solar cell is a promising structure configuration for improving the solar cell efficiency.