GaP中N和NNi对等电子陷阱态的压力行为

 半导体中的局域电子态和半导体的能带结构密切相关，揭示局域电子态和能带结构之间的内在关系是当前半导体电子理论的重要方面。而压力光谱实验对研究这种相互关系提供了重要手段。本文对GaP中深、浅两组能级的不同压力行为作了系统的实验研究。实验观察到无论在室温还是在低温，压力小于3.3 GPa时，以N陷阱束缚激子的发光过程为主，大于3.3 GPa时则以自由激子零声子过程为主，并且所有与N有关的陷阱态都具有压力的非线性行为。根据有效质量随压力的变化提出能谷中不同能量态具有不同的压力关系。基于有效质量随压力变化的能带格林函数方法，对N和NNi对的压力系数作了模型计算，其结果和陷阱态的压力行为符合得相当好。证实了带结构，尤其是能谷曲率随压力的变化是决定陷阱态压力行为的主要因素。     

Fe-N共掺杂锐钛矿相TiO2电子性质与光学性质的第一性原理研究

近年来,Fe和N掺杂锐钛矿相TiO2半导体在实验中发现许多优异性能,本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO2、Fe和N单掺杂及Fe和N共掺杂TiO2的能带结构、电荷布居、态密度和光学性质.分析发现:Fe掺杂引起杂质能带位于禁带中央,杂质能带最高点与导带相距大约0.6 eV而最低点与价带相距大约0.2 eV;N掺杂引起的杂质能带位于价带顶部附近. Fe和N共掺杂后杂质能带由两部分组成,位于价带顶上方0.62 eV和导带底下方0.22 eV处,其中一层杂质能带主要由N原子的2p轨道和Fe原子的3d轨道杂化形成,而另一条杂质能带主要由Fe原子的3d轨道形成,由于杂质能级的出现,使锐钛矿TiO2的禁带宽度变小.对光学性质分析发现:Fe和N共掺杂会使锐钛矿TiO2光学吸收带边红移,可见光区的光吸收系数明显增大,在低能区出现了新的吸收峰,对应能量为1.82 eV,与实验结果相符.     

N-S共掺杂金红石相TiO2电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究N和S单掺杂以及N和S共掺杂金红石相TiO2的能带结构,态密度和光学性质.结果表明:N掺杂导致禁带宽度减小为1.43 eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.32 eV;N和S共掺杂导致能带结构中出现了两条杂质能带,靠近导带的一条杂质能级距离导带底约0.35 eV,靠近价带的一条杂质能级距离价带顶约0.85 eV,杂质能级主要由N原子的2p轨道和S原子的3p轨道组成.N和S掺杂后不但使TiO2的吸收带产生红移,而且在可见光区具有较大的吸收系数,光催化活性增强.     

高压下三元金属间化合物SrAlSi的电学和晶格动力学特性

基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了三元金属间化合物SrAlSi在高压下的电子性质和晶格动力学性质.三元金属间化合物SrAlSi具有和MgB₂类似的六角蜂巢状结构,Sr原子取代了Mg原子的位置,Al、Si原子无序地占据B原子的位子.通过对SrAlSi三元金属间化合物能带和三维费米面的计算,发现在压力的作用下SrAlSi费米面附近的能带发生电子拓扑变化,压力可以导致电子拓扑结构相变(ETTs).通过晶格动力学研究发现,在压力的作用下,SrAlSi的光学支沿着A-L-H方向逐渐软化,声学支逐渐变硬,说明金属间化合物SrAlSi在压力作用下结构不是很稳定,随着压力的继续增大,会有新的结构出现.     

高压下金属间化合物CaAlSi的电子结构和晶格动力学性质

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了三元金属间化合物CaAlSi在高压下的电子性质和晶格振动性质。三元金属间化合物CaAlSi具有和MgB2类似的六角蜂巢状结构,Ca原子取代了Mg原子的位置,Al、Si原子无序地占据B原子的位子。通过对Ca三元金属间化合物能带和三维费米面的计算,发现在压力的作用下CaAlSi费米面附近的能带发生了电子拓扑变化,压强可以导致电子拓扑结构相变(ETTs)。通过晶格动力学的研究发现,在压力的作用下,CaAlSi的光学支沿着A-L-H方向逐渐软化,声学支逐渐变硬。说明此金属间化合物在压力的作用下,其结构不是很稳定,随着压力的继续增大,可能会有新的结构出现。     

La,Ce,Nd掺杂对单层MoS_2电子结构的影响

为了研究稀土掺杂对单层MoS2电子结构的影响,文章基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用平面波赝势方法分别计算了本征及La,Ce,Nd掺杂单层MoS2的晶格参数、能带结构、态密度和差分电荷密度.计算发现,稀土掺杂所引起的晶格畸变与杂质原子的共价半径大小有关,La杂质附近的键长变化最大,Nd杂质附近的键长变化最小.能带结构分析表明,La掺杂可以在MoS2的禁带中引入3个能级,Ce掺杂可以形成6个新能级,Nd掺杂可以形成4个能级,并对杂质能级属性进行了初步分析.差分电荷密度分布显示,稀土掺杂可以使单层MoS2中的电子分布发生改变,尤其是f电子的存在会使差分电荷密度呈现出反差极大的物理图象.     

VC(001)弛豫表面构型与电子结构第一性原理研究

用第一性原理方法对VC(001)清洁表面的构型和电子结构进行了详细研究，与TiC(001)面类似，VC(001)面弛豫后形成表面皱褶，其表层V原子和C原子分别朝体相和真空方向移动. 能带计算结果表明，过渡金属碳化物(001)面的能带结构符合刚性带理论模型. 对于VC(001)面，表面态主要处在-30eV附近，其主要成分为表层C原子的2pz轨道. 此外，以表层V原子的3d轨道成分为主的表面态出现在费米能级附近，由于这些表面态以表面法线方向的轨道(3d２z和3dxz/dyz)为主要成分，因此在表面反应中将起到重要作用，从而体现出与TiC(001)面不同的反应性质. 关键词： 过渡金属碳化物 表面态 能带结构     

Mg2Si:Fe 电子结构及磁性的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法研究了Mg_2Si:Fe体系的电子能带结构、态密度和磁性.结果表明:掺入的Fe原子优先占据晶格中的空隙位,也可能代替晶格中的Mg位.从能带结构和态密度可以看出,当Fe原子位于晶格中空隙位时,系统显示出金属性;当Fe占据Mg位置时,对于自旋向上电子态,体系有一带隙存在,系统呈现明显的半导体特性;对于自旋向下电子态,Fe的替位掺杂在该体系内引入新的杂质能级,杂质能级与导带价带分离,且100%自旋极化.两种位置的杂质,上自旋电子和下自旋电子的态密度均明显不对称,诱导出铁磁性,且铁磁性主要由于Fe的3d态电子诱导产生.Fe位于空隙位时,Fe原子的磁矩为1.69μB;Fe占据Mg位时,Fe原子的磁矩为1.38μB,说明原子磁矩与其所占位置和配位情况有关.     

GaP和GaAs1-xPx中N束缚激子压力行为的理论计算

本文在Koster-Slater单带位势近似下对GaP和GaAs_1-xP_x中N等电子中心束缚激子的压力行为与能带结构的关系进行讨论与分析,得到杂质态压力系数的一个近似的解析表达式,并对N和NN_i中心能级的压力关系进行计算。同时,给出NN_i中心配位的一组新的指认。 关键词：     

锗R8相结构的压力效应及电子性质

 使用第一性原理方法研究了锗R8相在压力下的电子结构。计算基于平面波基组,使用模守恒赝势和局域密度近似。对锗R8相结构参数的压力依赖性也进行了研究,包括晶格常数、伞状角、原子位置参数随压力的变化情况。计算得到的R8相的能带结构表明,锗R8相属于半金属相。对总的态密度和分波态密度进行了分析,并考虑了轨道分布情况,态密度呈现出带边的锐化。同时得到锗R8相的两种不同键的键长随压力的变化情况,并分析了这种变化的起因。     

三维光子晶体中三能级原子的自发发射

研究了三维光子晶体中三能级原子自发发射的性质.由于各向异性色散关系,能带带边的态密度没有奇异性,局域场可以消失.在一定条件下弥散场会得到加强,并在辐射场中占主导地位.这些性质将与原子能级和能带带边的相对位置有关,且有别于各向同性色散关系的光子晶体中原子自发发射的性质. 关键词： 光子晶体 三能级原子 自发发射     

高压下ZnTe的电子结构和光电性质

应用第一性原理平面波赝势计算方法,研究了闪锌矿ZnTe晶体在外界压力下的电子结构和光电性质,并计算了介电函数和光学吸收系数随压力的变化情况。结果表明:在高压作用下,Te原子和Zn原子的态密度分布都向低能量方向移动,分布范围增大,Te 5p和Zn3d电子轨道杂化变强。随着压力的增大,直接带隙逐渐增大,而间接带隙逐渐变小。当压力为10.7GPa时,能带结构从直接带隙转变为间接带隙结构。压力增大,有利于Te 5p与Zn3d电子间的跃迁,光吸收系数增大,产生更多的电子-空穴对,材料导电能力增强。     

半导体中的深中心

一、杂质缺陷形成的深中心 半导体中含有外来杂质或本身的缺陷.所有半导体材料及器件都要求对杂质缺陷有良好的控制.晶体的各种化学杂质,晶体中的原子空仕,间隙原子,半导体化合物中组成元素之间的反位缺陷以及它们之间的简单复合体(双空位、杂质与空位的结合等)都使晶格的周期性受到破坏,在晶体中造成一个原子尺寸大小的缺陷,称为点缺陷.此外,晶体缺陷还包括位错、层错、晶粒间界和杂质沉淀物.本文仅限于介绍几点缺陷. 很多点缺陷是晶体中电子(空穴)的有效束缚中心,形成的电子局域态,其能量往往位于半导体禁带之中,并与能带边的距离较大.这…     

纤锌矿结构ZnO中定位Ga-N共掺杂对p型掺杂效率的影响

采用第一性原理和密度泛函理论的方法,计算未掺杂、N单掺杂和Ga-N共掺杂纤锌矿结构ZnO的总能、电荷密度和能带结构.总能计算表明,Ga原子的共掺杂使总能极大地降低,从而显著提高杂质N原子在ZnO中的稳定性.电荷密度分布显示,总能的降低主要是Ga-N共掺杂后Ga原子的3d态和N原子的2p态电子之间的强杂化相互作用所致.特别是在Ga原子的负电荷和N原子的正电荷沿c轴排成一线的共掺杂构型中,较大的局域极化场的变化引起价带顶向禁带中的大分裂,降低了N受主的激活能,将空穴的浓度提高了三个量级,有效地提高p型掺杂效率.     

石墨烯能带结构的紧束缚近似计算

固体能带理论是固体物理学的一个重要理论基础,被广泛应用于材料电学性质的研究。为结合科学前沿教学,以当前热门材料石墨烯为例,介绍紧束缚近似法在石墨烯能带结构计算上的详细过程,并借助Matlab软件展示了其能带结构,进而从理论上解释石墨烯所具有的独特电学性质。     

ZnS掺Mn的电子结构研究

 用自旋极化的LSD-LMTO（Local-Spin-Density Linear Muffin-Tin-Orbital Method）方法，对ZnS掺入Mn发光中心的电子结构进行了大型超原胞模拟计算。在自洽收敛的条件下，先对纯ZnS调节计算参数（原子球、空球占空比），使计算的带隙E_g=3.23 eV；然后用原子球替代方式自洽计算杂质密度在E_g中的相对位置，模拟计算了在六角结构ZnS中掺入不同浓度的Mn杂质后有关的杂质能级在E_g中的相对位置。计算结果表明：（1）单个缺陷的杂质能级性质与配位场理论结果相符合，直接用杂质态密度来表示；（2）掺入杂质的浓度对杂质能级位置的影响不大，这与实验结果相一致。     

第一性原理研究稀土掺杂ZnO结构的光电性质

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,运用Castep计算分析了Er, Gd两种稀土元素掺杂的ZnO结构, 对本征ZnO和掺杂晶体的能带结构、态密度以及光学性质进行了分析对比. 由掺杂前后的结果分析发现,稀土掺杂的ZnO结构引入了由稀土原子贡献的导电载流子, 增强了体系的电导率, 费米能级上移进入导带. 研究表明由于稀土元素的掺入, ZnO结构在费米能级附近出现了杂质能带, 这是由稀土的4f态电子所形成. 同时, 纯净ZnO与Er-ZnO, Gd-ZnO和(Er, Gd)-ZnO的介电函数虚部有明显的差异. 在光学性质上, 掺杂ZnO在可见光区的吸收系数和反射率都比纯净ZnO高, 能量损失峰出现红移现象. 关键词： ZnO 稀土 掺杂 第一性原理     

PbWO4闪烁晶体的发光动力学模型

在对PbWO₄闪烁晶体的光谱特性、发光衰减及其温度依赖以及热释光的研究基础上,并结合理论计算,提出了PbWO₄晶体发光的动力学模型,给出了PbWO₄晶体的基本能带结构及激子发光中心能态、陷阱能级在能隙中的位置。用此模型可以完整说明PbWO₄的发光过程,特别是导致室温下发光效率低的原因。最后还对其主发射成分蓝、绿发光中心的起源作了简要讨论。     

ZnS:Cu绿色发光光谱分布和辐射复合过程的不同定域度的关系

关于硫化锌和硫化镉中掺铜与银杂质后发光中心的形成,过去已有多种解释。这些发光体的辐射复合概率具有特征性光谱分布。因此,我们最近已确定,振子——电子理论和施主——受主理论对这种情况是不相宜的,还是用发光中心激发态的能带模型更方便些。由此便导致辐射的能量分布和发光过程的定域度有关。减小样品的线度是使光谱随定域度不同而变化的可取手段。预期样品线度的变化将引起发射概率特别是强度的光谱改变,这是本模型的特点。发光光谱的位移和辐射寿命分布的变化是这一模型正确性的第一个证据。由此可以对寿命配分τ(λ)的特征形状提供一种解释。     

半导体中的杂质能级

分析了杂质原子在半导体中的成键情况,我们在一般能带波函数中混入部分分子型局域波函数,从而得到带有修正项的有效质量方程。在简单能带结构情况下,我们讨论了电离能与原子性质的关系,及由浅能级向深能级的转化。进而分析了由于Ge、Si中导带各极值所产生的谷轨道分裂。对浅能级,由于键间相互作用,电离能可以有相对较大的修正,但波函数却变化很小,这与电子自旋共振超精细结构的实验结果一致。 关键词：