Sb掺杂对透明SnO_2薄膜导电性能影响的第一性原理计算(英文)

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．     

C-Nb共掺杂SnO_2电子结构的第一性原理研究

本文利用第一性原理研究了C-Nb共掺杂的SnO_2稳定性、能带结构与态密度,从自旋向上和自旋向下的能带结构以及态密度分析了掺杂体系磁性产生的机理.研究结果表明,C-Nb共掺杂SnO_2体系的稳定性强于C,Nb单掺杂SnO_2体系;C,Nb单掺杂、C-Nb共掺杂的SnO_2体系的总磁矩分别为0μB、0.922μB、1.0μB;Nb掺杂SnO_2体系产生磁性在于Nb的d轨道引入,C-Nb共掺杂SnO_2体系产生磁性在于Nb的s轨道和C的p轨道相互作用.     

Y,Zr,Nb掺杂SnO_2电子结构的第一性原理研究

本文基于第一性原理方法研究了Y,Zr,Nb在Sn位掺杂SnO_2的键长变化、稳定性、能带结构以及态密度.结果表明:Y,Zr,Nb在Sn位掺杂SnO_2使附近的键长发生改变,改变量最大是Y掺杂SnO_2体系;掺杂体系的杂质替换能都为负值,表明体系为稳定结构;掺杂使SnO_2能级增多,能较好的调节带隙值;而Y掺杂SnO_2体系价带顶端有一条能级越过了费米线表明该体系呈现出半导体的特征;同时,Y,Zr,Nb掺杂SnO_2使导带底端的能级出现分离;在低能区的态密度仍主要由Sn、O的s轨道贡献;在高能区态密度的掺杂体系出现sp杂化的现象; Zr掺杂SnO_2的态密度能量向低能区移动.     

Sc掺杂SnO2稀磁半导体的第一性原理研究

采用第一性原理方法,对Sc掺杂SnO2以及含有O空位的Sc掺杂SnO2的电子结构和磁学性质进行了计算。结果表明SnO2晶格中存在两种本征磁性来源,分别为Sc掺杂诱导的未配对O-2p态电子的自旋极化和O空位诱导的未配对Sn-5p态电子的自旋极化。由于两种未配对的弱束缚电子分别由电离施主和受主诱导产生,因此二者之间存在电荷补偿效应,在特定配比下能够使SnO2晶格出现磁性猝灭。     

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.     

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.     

非金属N和过渡金属(Mo, Ru, Rh, Pd)掺杂SnO2磁性的第一性原理研究

本文基于第一性原理方法,对非金属元素(N)与过渡金属元素(Mo, Ru, Rh, Pd)掺杂SnO₂的电子结构和磁学性质进行计算分析.结果表明：形成能与过渡金属原子半径密切相关,随着过渡金属原子半径的增加,形成能在降低,其中N-Mo掺杂体系形成能最低,故该体系最容易掺杂形成;能带结构分析表明,由于掺杂体系自旋向上/向下杂质能级的数量和分布均不对称,掺杂体系均有磁性产生;进一步探究态密度可知,体系产生磁性的原因是过渡金属原子和N原子之间产生p-d轨道杂化,最外层电子轨道上的空位及单电子相互耦合所导致.结果表明,由于掺杂原子的引入,SnO₂体系产生磁性,并且掺杂体系呈现亚铁磁性,其中N-Rh掺杂体系的磁性最好,其磁矩为1.88μB,有望成为良好的稀磁半导体材料.     

Al高掺杂浓度对ZnO禁带和吸收光谱影响的第一性原理研究

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, 建立了未掺杂与不同浓度的Al原子取代Zn原子的两种Zn_1-xAl_xO超胞模型,分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布和能带分布的计算. 结果表明: ZnO高掺杂Al的条件下, 掺杂的Al原子浓度越大,间隙带越窄, 蓝移越弱. 计算结果和实验结果相一致.     

Mn高掺杂浓度对ZnO禁带宽度和吸收光谱影响的第一性原理研究

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, 建立了未掺杂与不同浓度的Mn原子取代Zn原子的三种Zn_1-xMn_xO超胞模型, 分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布、能带分布和吸收光谱的计算. 结果表明: 电子非自旋极化处理的条件下, Mn掺杂浓度越小, ZnO形成能越小, 掺杂越容易, 晶体结构越稳定; Mn的掺入使得ZnO体系的杂质能带和导带发生简并化, 并且导带底和价带底同时向低能方向移动, 掺杂后的导带比价带下降得少导致禁带宽度变宽, ZnO吸收光谱明显出现蓝移现象, 计算结果和实验结果相一致. 同时, 电子自旋极化处理的条件下, 体系有磁性, 吸收光谱发生红移现象. 计算结果与相关实验结果相符合.     

Pr高掺杂浓度对锐钛矿TiO_2的带隙和吸收光谱影响的研究

目前,Pr掺杂对锐钛矿TiO2带隙和吸收光谱研究结果存在相反的结论,红移和蓝移两种实验结果都有文献报道.为解决这个矛盾,本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,对纯的和不同浓度Pr高掺杂锐钛矿TiO2的电子结构和吸收光谱进行了计算.计算结果表明,与纯锐钛矿TiO2相比较,Pr掺杂后,掺杂量越增加,掺杂体系各原子电荷量越减小,掺杂体系总能量越高,形成能越大,稳定性越下降,带隙越窄,吸收光谱红移现象越显著,吸收强度越强.计算结果与实验结果相一致.     

Half-metallic ferromagnetism in C-doped zinc-blende ZnO: A first-principles study

We perform a first-principles study of electronic structure and magnetism of C-doped zinc-blende ZnO using the full-potential linearized augmented plane wave method. Results show that C-doped zinc-blende ZnO exhibits half-metallic ferromagnetism with a stable ferromagnetic ground state. The calculated magnetic moment of the 32-atom supercell containing one C dopant is 2.00 μ B , and the C dopant contributes most. The calculated low formation energy suggests that C-doped zinc-blende ZnO is energetically stable. The hole-mediated double exchange mechanism can be used to explain the ferromagnetism in C-doped zinc-blende ZnO.     

Tl掺杂对InI禁带宽度和吸收边带影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了未掺杂与不同浓度的Tl原子取代In原子的In1-xTlxI超胞模型,分别对模型进行了几何优化、能带分布、态密度分布和吸收光谱的计算.结果表明:Tl掺杂浓度越小,In1-xTlxI形成能越低,晶体结构越稳定;Tl的掺入使得InI体系导带向高能方向移动,而价带顶位置基本没变,导致禁带宽度变宽,InI吸收光谱出现明显蓝移现象.     

氧空位浓度对ZnO电子结构和吸收光谱影响的研究

目前,氧空位对ZnO形成杂质能级的研究结果存在相反的结论,深杂质能级和浅杂质能级两种实验结果均有文献报道,并且,在实验中高温加热的条件下,氧空位体系ZnO中导带自由电子增加的来源认识不足.为了解决此问题,本文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,建立了纯的与两种不同氧空位浓度ZnO超胞模型,分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布、能带分布、布居值和差分电荷密度的计算.结果表明,氧空位浓度越大,系统能量越上升、稳定性越下降、形成能越高、氧空位越难、导带越向低能方向移动、电子跃迁宽度越减小、吸收光谱越红移.这对设计制备新型氧空位ZnO体系光学器件有一定的理论指导作用.     

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.     

Ga高掺杂对ZnO的最小光学带隙和吸收带边影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 建立了纯的和四种不同Ga掺杂量的ZnO超胞模型, 分别对模型进行了几何结构优化、能带结构分布、态密度分布和吸收光谱的计算. 结果表明, 在本文限定的Ga掺杂量2.08 at%–6.25 at%的范围内, 随着Ga掺杂量的增加, 掺杂后的ZnO体系体积变化不是很大, 但是, 掺杂体系ZnO的能量增加, 掺杂体系变得越来越不稳定, 同时, 掺杂体系ZnO的Burstein-Moss 效应越显著, 最小光学带隙变得越宽, 吸收带边越向高能方向移动. 计算结果和实验结果相一致. 关键词： Ga高掺杂ZnO 电子结构 吸收光谱 第一性原理     

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.     

First-principle study on the electronic structure of stressed CrSi<Subscript>2</Subscript>

The electronic structure of stressed CrSi₂ was calculated using the first-principle methods based on plane-wave pseudo-potential theory. The calculated results showed that, under the uniaxial compression, the energy level of CrSi₂ shifted toward high energy and its energy gap became wider with the increasing uniaxial stress, while the gap became narrower under the negative uniaxial stress. When the negative uniaxial stress was up to −18.5 GPa, CrSi₂ was converted into a direct-gap semiconductor with the band gap of 0.32 eV. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60566001), the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No. 20050657003), the Scientific Research Foundation for the Returned Overseas Chinese Scholars, Ministry of Education of China (Grant No. (2005)383), the Program for the Excellent Young Talents of Guizhou Province (Grant No. 20050528), the Specialized Nomarch Research Fund for the Excellent Science and Technology and Education Talent’s Projects of Guizhou Province, Scientific and Technological Projects for the Returned Overseas Chinese Scholars, the Guizhou Province (Grant No. (2004)03), and the Top Talent’s Scientific Research Project of Organization Department of Guizhou Province