Sc掺杂Ca3Si4的电子结构和光学性质

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法对Sc掺Ca3Si4的电子结构和光学性质进行了系统的计算和分析比较.研究结果为块体Ca3Si4是间接带隙半导体,带隙为0.372eV,价带主要是由Si的3s和3p及Ca的3d态电子构成,导带主要是由Ca的3d态电子构成,静态介电常数ε1(0)=19,折射率n0=4.35;吸收系数在能量3.024eV处达到最大峰值1.56×105cm-1.而掺杂Sc变为n型半导体;费米能级附近的导带主要则由Ca的3d态电子和Sc的3d态电子构成,静态介电常数变为ε1(0)=54.58,折射率n0=7.416;吸收系数在能量5.253eV处达到最大峰值1.614×105cm-1.通过掺杂有效调制了Ca3Si4的电子结构和光学性质,计算结果为Ca3Si4光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

掺杂Si/SiO_2界面电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在局域密度近似(LDA)下研究了B掺杂Si/SiO_2界面及其在压强作用下的电子结构和光学性质.能带的计算结果表明:掺杂前后Si/SiO_2界面均属于直隙半导体材料,但掺B后界面带隙由0. 74 eV减小为0. 57 eV,说明掺B使材料的金属性增强;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,发现随着压强不断增大,Si/SiO_2界面的带隙呈现了逐渐减小的趋势,并且由直隙逐渐转变为间隙.光学性质的计算结果表明:掺B对Si/SiO_2界面在低能区(即红外区)的介电函数虚部、吸收系数、折射率以及反射率等光学参数有显著影响,且在红外区出现新的吸收峰;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,随着压强增大,红外区的吸收峰逐渐消失,而在紫外区出现了吸收峰.上述结果表明,对Si/SiO_2界面掺B及施加正压强均可调控Si/SiO_2界面的电子结构与光学性质.本文的研究为基于Si/SiO_2界面的光电器件研究与设计提供一定的理论参考.     

（110）应变对立方相Ca2Si能带结构及光学性质的影响

采用第一性原理贋势平面波方法对(110)应变下立方相Ca2P0.25Si0.75的能带结构及光学性质进行模拟计算,全面分析了应变对Ca2P0.25Si0.75能带结构、光学性质的影响。计算结果表明：在92%~100%压应变范围内随着应变的逐渐增大导带向低能方向移动,价带向高能方向移动,带隙呈线性逐渐减小,但始终为直接带隙;在100%~102%张应变范围内随着应变的增加,带隙呈逐渐增大,应变达到102%直接带隙最大Eg=0.54378eV;在102%~104%应变范围内随着应变的增加,带隙逐渐减小;当应变大于104%带隙变为间接带隙且带隙随着应变增大而减小。施加应变Ca2P0.25Si0.75的介电常数、折射率均增大;施加压应变吸收系数增加,反射率减小;施加张应变吸收系数减小,反射率增加。综上所述,应变可以改变Ca2P0.25Si0.75的电子结构和光学常数,是调节Ca2P0.25Si0.75光电传输性能的有效手段。     

（110）应变对立方相Ca2Si能带结构及光学性质的影响

采用第一性原理贋势平面波方法对(110)应变下立方相Ca2P0.25Si0.75的能带结构及光学性质进行模拟计算,全面分析了应变对Ca2P0.25Si0.75能带结构、光学性质的影响。计算结果表明：在92%~100%压应变范围内随着应变的逐渐增大导带向低能方向移动,价带向高能方向移动,带隙呈线性逐渐减小,但始终为直接带隙;在100%~102%张应变范围内随着应变的增加,带隙呈逐渐增大,应变达到102%直接带隙最大Eg=0.54378eV;在102%~104%应变范围内随着应变的增加,带隙逐渐减小;当应变大于104%带隙变为间接带隙且带隙随着应变增大而减小。施加应变Ca2P0.25Si0.75的介电常数、折射率均增大;施加压应变吸收系数增加,反射率减小;施加张应变吸收系数减小,反射率增加。综上所述,应变可以改变Ca2P0.25Si0.75的电子结构和光学常数,是调节Ca2P0.25Si0.75光电传输性能的有效手段。     

P掺杂正交相Ca_2Si电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论第一性原理超软贋势平面波方法系统计算了Ca2Si及P掺杂Ca2Si的电子结构、光学性质,分析了P掺杂对Ca2Si的能带结构、电子态密度、光学性质的影响.计算结果表明:掺入P后Ca2Si的能带向低能方向偏移,禁带宽带为0.557 95eV,价带主要由Si的3p,P的3p以及Ca的4s、3d电子构成,导带主要由Ca的3d电子贡献.通过能带结构和态密度分析了P掺杂正交相Ca2Si的复介电函数、折射率、反射谱、吸收谱和能量损失函数,结果表明P掺杂增强了Ca2Si的光利用率,说明掺杂能够有效改变材料电子结构和光电性能,为Ca2Si材料光电性能的开发、应用提供理论依据.     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815~2.580nm的Si层厚度范围内,Si/SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si/SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小,Si/SiO2界面吸收系数产生了蓝移;O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si/SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si/SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

第一性原理研究厚度和空位缺陷对Si/SiO2界面电子结构与光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,在局域密度近似（ LDA）下研究了Si纳米层厚度和O空位缺陷对Si／SiO2界面电子结构及光学性质的影响．电子结构计算结果表明：在0.815～2.580nm的Si层厚度范围内, Si／SiO2界面结构的能隙随着厚度减小而逐渐增大,表现出明显的量子尺寸效应,这与实验以及其他理论计算结果一致;三种不同的O空位缺陷的存在均使得Si／SiO2界面能隙中出现了缺陷态,费米能级向高能量方向移动,且带隙有微弱增加．光学性质计算结果表明：随着Si纳米层厚度的减小, Si／SiO2界面吸收系数产生了蓝移; O空位缺陷引入后,界面光学性质的变化主要集中在低能区,即低能区的吸收系数和光电导率显著增加．可见,改变厚度和引入缺陷能够有效地调控Si／SiO2界面体系的电子和光学性质,上述研究结果为Si／SiO2界面材料的设计与应用提供了一定的理论依据．     

Si(001)面上外延生长的Ru2 Si3电子结构及光学性质研究

基于第一性原理的赝势平面波方法,对异质外延关系为Ru2Si3(100)//Si(001),取向关系为Ru2Si3[010]//Si[110]正交相的Ru2Si3平衡体系下能带结构、态密度和光学性质等进行了理论计算.计算结果表明:当1.087 nm≤a≤1.099 nm时,正交相Ru2Si3的带隙值随着晶格常数a取值的增大而增大.当a取值为1.093 nm时,体系处于稳定状态,此时Ru2Si3是具有带隙值为0.773 eV的直接带隙半导体.Ru2Si3价带主要是由Si的3p,3s态电子及Ru 4d态电子构成;导带主要由Ru的4d及Si的3p态电子构成.外延稳定态及其附近各点处Ru2Si3介电函数的实部和虚部变化趋势基本一致,但外延稳定态Ru2Si3介电函数的曲线相对往低能区漂移,出现的介电峰减少且峰的强度明显增强.     

C掺杂β-FeSi2的电子结构和光学特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对C掺杂p-FeSi2的几何结构、能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算.几何结构和电子结构的计算表明:C掺杂后使得β-FeSi2的晶格常数a和b减少,c变化不大,晶格体积减小;C掺杂后的 β-FeSi2能带结构仍为准直接带隙,禁带宽度变窄,直接带隙与间接带隙的能量差值不变,C的掺杂消弱了Fe的3d态电子,费米能级附近的电子态密度主要由Fe的3d态电子贡献.光学性质的计算表明:与未掺杂时相比,介电函数的实部ε1减少,虚部ε2的峰值减少并向高能方向有一微小的偏移,吸收系数有所降低.计算结果为β-FeSi2光电材料的应用和设计提供了理论指导.     

Sc与C共掺杂MgS电子结构与光学性质的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Sc、C单掺以及共掺MgS体系的稳定性、电子结构和光学性质进行了研究,结果表明:与本征MgS体系相比,掺杂后体系的结合能仍为负值,表明掺杂体系均处于稳定状态,其中Sc-C共掺MgS体系的结合能最小,说明Sc-C共掺体系最稳定.掺杂后体系的禁带宽度均减小,表明电子由价带跃迁至导带的能量减小;此外,掺杂体系在低能区均发生了明显的红移现象,表明Sc、C掺杂能够有效的拓宽体系对可见光的响应范围.其中,Sc-C-MgS体系在费米能级附近产生了杂质能级且带隙宽度较小,在可见光范围内的吸收系数最优,可推测Sc-C共掺杂可作为提高MgS体系光催化活性的有效手段.