用热激电导谱确定非晶态半导体能隙态密度的研究

本文用较完整的热激电导理论分析方法,处理非晶态半导体的热激电导谱,获得a-Si:H薄膜和a-Si:H/a-SiN_x:H超晶格中能隙上半部缺陷态密度的分布。其结果与用Fritzsche的理论分析方法获得的态密度分布一致。进一步比较了两种处理方法的主要特点,讨论了它们的特征参量,最大热发射能级E_m与准费密能级E_q之间的关系。结果证明,a-Si:H热激电导的分析应用弱复合情况处理,热激载流子的再俘获不能忽略。表明Gu等人的理论分析进一步改进了对非晶态半导体热激电导谱的处理。 关键词：     

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.     

Fe, S共掺杂SnO2材料第一性原理分析

本文采用基于第一性原理的全电势线性缀加平面波(FP-LAPW)法, 计算了Fe, S两种元素共掺杂SnO₂材料的电子结构和光学性质. 结果表明: 材料仍为直接禁带半导体, 体系呈现半金属性; Fe, S共掺可以窄化带隙, 且随S浓度增加, 态密度向低能方向移动, 带隙减小; 共掺体系电荷密度重新分布, 随S浓度增加, Fe原子极化程度增强, 原子间键合能力增强. 共掺后介电函数虚部谱与光学吸收谱各峰随S浓度增加而发生红移, 光学吸收边减小.     

TiO_2缺陷结构电子性质的第一性原理计算

本文采用第一性原理研究了O空位缺陷、Ti空位缺陷TiO_2的能带结构、总态密度、吸收谱.通过研究发现:与TiO_2超胞结构的能带相比,O空位缺陷体系的价带与导带能量均向低能区域移动,费米能级与导带底交错,呈现出n型半导体,Ti空位缺陷的TiO_2的费米能级与价带顶部的能级交错,为p型半导体材料.对于O空位缺陷TiO_2总态密度与分波态密度在低能区的态密度则主要由O的3s、3p轨道贡献的能量,而在费米能附近的态密度则主要由Ti的4d轨道贡献能量;Ti空位缺陷的态密度总态密度仍然由O的3s、3p和Ti的4d轨道贡献的能量;同时分析吸收光谱发现峰值下移较多的是钛缺陷体系,其原因在于Ti缺陷结构中未成键电子的相互作用.     

单斜BiScO_3和BiCrO_3的电子结构和光学性质的第一性原理比较研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对单斜BiScO_3和BiCrO_3的电子结构和光学性质进行了比较研究.结果表明:BiScO_3为无磁绝缘体,带隙为直接带隙,BiCrO_3为间接带隙磁性半导体;BiScO_3和BiCrO_3都不吸收能量小于1.02 eV的光子,BiScO_3吸收可见光的能力强于BiCrO_3.     

单斜BiScO3和BiCrO3的电子结构和光学性质的第一性原理比较研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对单斜BiScO3和BiCrO3的电子结构和光学性质进行了比较研究。结果表明：BiScO3为无磁绝缘体,带隙为直接带隙,BiCrO3为间接带隙磁性半导体;BiScO3和BiCrO3都不吸收能量小于1.02 eV的光子,BiScO3吸收可见光的能力强于BiCrO3。     

光子晶体的能态密度及带隙特性

基于平面波展开法数值模拟了硅、锗、磷化铝和氮化镓三代半导体材料构成三角晶格光子晶体的带隙特性,并且验证了文献[3]中这几种材料构成光子晶体能态密度的分布,两者数据吻合较好,研究结果为光子晶体器件的构造提供理论依据。     

第一性原理研究Fe掺杂SnO2材料的光电性质

采用基于第一性原理的线性缀加平面波(FP-LAPW)方法,研究Fe掺杂SnO₂材料电子结构和光学性质,包括电子态密度、能带结构、介电函数和其他一些光学图谱. 研究结果表明,掺Fe后材料均属于直接跃迁半导体,且呈现半金属性;随掺杂浓度增加,费米能级进入价带,带隙逐渐减小,Fe原子之间耦合作用增强;通过掺杂能够在一定程度上改变成键性质,使其具有金属键性质. 光学谱线(吸收谱、消光系数等)与介电函数虚部谱线相对应,均发生蓝移,各峰值与电子跃迁吸收有关,从理论上指出光学性质和电子结构的内在联系. 关键词： 能带结构 态密度 光学性质 介电函数     

纳米硅薄膜

非晶态硅薄膜是当前重要的人工功能材料,它具有亚稳态结构,具有一系列不同于晶态硅的特征.十余年来,用非晶硅薄膜材料已研制成各种类型的非晶态半导体新器件[1].然而,由于这种材料本身还存在一些弱点,如结构上的亚稳状态及不稳定性,工艺上不易做到很好的重复,有较强的光感生效应及热不稳定性;迁移率及载流子寿命远低于晶态硅等,因而它的进一步开发和应用受到了限制. 如何改进非晶硅薄膜材料的性能、质量以及寻求提高迁移率、载流子寿命这些重要参数是当务之急.近几年,国外不少研究工作又重新回到探索和改进非晶硅薄膜材料性能上来,从薄膜沉…     

La掺杂3C-SiC电子结构和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计算方法,对未掺杂及稀土材料La掺杂3C-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,La掺杂引起3C-SiC晶格体积增大,掺杂体系能量更小,掺杂体系的结构更稳定;未掺杂3C-SiC是直接带隙半导体,其禁带宽度为1.406 eV,La掺杂后带隙宽度下降为1.161 eV,La掺杂3C-SiC引入了3条杂质能级,能量较高的1条杂质能级与费米能级发生交叠,另外2条杂质能级都在费米能级以下价带顶之上,La掺杂引起3C-SiC吸收谱往低能区移动,未掺杂3C-SiC的静态介电常数为2.66,La掺杂引起静态介电常数增加为406.01,La掺杂3C-SiC是负介电半导体材料.     

非晶态金属的微结构和磁各向异性

非晶态原子分布的长程无序特征,意味着非晶态材料宏观看来应当是均匀的和各向同性的.然而实际观测表明,许多非晶态材料的一些宏观性质常常具有某种各向异性的特点.这似乎与非晶态结构的长程无序性是矛盾的. 事实上,实际的非晶态材料常常存在某些与制备过程(包括某些热处理过程)有关的结构涨落和不均匀性.虽然它们基本上不影响非晶态结构长程无序的总特征,但是它们将破坏非晶态结构短程序的完全无规性.它们分布的各向异性将可能导致非晶态材料宏观性质出现各向异性.一般的热处理将使非晶态材料的结构趋于均匀化.但是在各向异性的应力场下热处…     

微晶硅薄膜带隙态及微结构的研究

研究了氢化微晶硅薄膜费米能级以上的带隙态密度分布与薄膜微结构关系.采用拉曼谱和红外谱表征不同H稀释比制备的微晶硅薄膜的微结构.薄膜带隙态密度分布由调制光电流的相移分析技术测得.采用三相模型（非晶相、晶相和界面相）分析了薄膜带隙态密度与薄膜微结构的关系.结果表明,材料的带隙态密度随着界面相的增加而增加,当界面体积分数达到最大时,薄膜的带隙态密度也最大,即材料的带隙态密度与界面体积分数正相关. 关键词： 带隙态 界面相 微晶硅 调制光电流     

用SCLC法研究低k多孔SiO2:F薄膜的隙态密度

用溶胶-凝胶法制备了低k多孔SiO2:F薄膜,用空间电荷限制电流法(SCLC)研究了多孔SiO2:F薄膜中的隙态密度以及掺F量对隙态密度的影响,得到了平衡费米能级附近的隙态密度约为7×1015 cm-3·eV-1,以及带隙中隙态随能量的分布.并对造成隙态的主要原因也进行了讨论.     

宽带隙半导体CdAl2S4电子结构、弹性和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对宽带隙半导体CdAl2S4的晶格结构、电学、弹性和光学性能进行了系统的研究. 研究结果表明：CdAl2S4为直接带隙的宽带隙半导体材料;是弹性稳定的具有各向异性的延展性材料;该晶体的光学性质在中能区(3.5 ~12.5 eV)具有较强的各向异性,其强反射峰处于紫外能量区域,因此其可用作紫外光探测或屏蔽材料.     

BaHfO3纳米薄膜电子结构、光学和弹性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）下研究了厚度为0.626～2.711nm (100)面BaHfO3薄膜的电子结构、光学和弹性性质．电子结构和光学性质计算结果表明：以BaO为表面层原子的BaHfO3纳米薄膜均为直接带隙半导体材料,带隙随薄膜厚度减小而逐渐减小,表现出明显的量子尺寸效应,此时薄膜的光学吸收边发生红移,吸收带出现窄化现象．以HfO2作为表面层原子的BaHfO3薄膜则属于间接带隙半导体材料,且带隙随薄膜厚度减小而微弱增加．弹性性质计算结果表明：体弹模量、剪切模量和杨氏模量等表征材料硬度的力学参数均随BaHfO3纳米薄膜厚度减小而显著减小,呈现尺寸效应．电荷密度分布分析揭示了薄膜厚度改变了BaHfO3纳米薄膜的价健特性,这是材料硬度改变的内在原因．该研究结果为BaHfO3纳米薄膜材料的设计与应用提供了理论依据．     

宽带隙半导体CdAl_2S_4电子结构、弹性和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对宽带隙半导体Cd Al_2S_4的晶格结构、电学、弹性和光学性能进行了系统的研究.研究结果表明:Cd Al2S4为直接带隙的宽带隙半导体材料;是弹性稳定的具有各向异性的延展性材料;该晶体的光学性质在中能区(3.5~12.5 e V)具有较强的各向异性,其强反射峰处于紫外能量区域,因此其可用作紫外光探测或屏蔽材料.     

不同浓度Cu掺杂AlN的电子结构和光学性质研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对理想纤锌矿Al N及不同浓度的Cu掺杂Al N的超晶胞结构进行了几何优化,计算并分析了它们的电子结构、磁电性质和光学性质.结果表明,随着Cu掺杂浓度的增加,Cu 3d态电子与其近邻的N 2p态电子杂化减弱,体系由直接带隙半导体的半金属铁磁性向间接带隙半导体的金属性转变,体系磁矩减弱,最后消失.Cu掺杂后体系介电函数虚部和复折射率函数在低能区发生明显变化,增强了体系对低频电磁波的吸收.当Cu浓度增加时体系对高频电磁波的吸收也随之加强.     

Na掺杂CaMnO_3晶体材料的结构调控、电子结构与光吸收性质的研究

在平面波和赝势法基础上研究了Ca位Na掺杂的钙钛矿型CaMnO_3晶体材料的晶体结构、电子结构和光吸收性质,分析了Na掺杂CaMnO_3晶体材料的电输运过程。结果表明,Na掺杂Ca位使CaMnO_3的晶胞三轴长度均增大,Na掺杂在CaMnO_3中引入了晶格畸变,且晶格畸变是各向异性的。Na掺杂之后,CaMnO_3晶体材料内的O-Mn-O形成的八面体逐步向两个O顶点方向拉长和扭曲。未掺杂和Na掺杂CaMnO_3带隙宽度分别为0.713eV和0.686eV,均呈现明显的半导体特性。在费米能级附近,s态电子对CaMnO_3的态密度贡献最小,p态电子对费米能级以下的态密度贡献最大,d态电子对费米能级以上的态密度贡献最大。Mnp态电子对费米能下方能级形成贡献较大,而Mnd态电子对费米能上方能级形成贡献最大,Op态电子对费米能下方能级形成贡献较大,而Op态电子对费米能上方能级形成贡献最小。与未掺杂CaMnO_3相比,Na掺杂CaMnO_3晶体材料吸收能量向低能量移动,且存在两个强吸收峰,其在6.15eV附近的吸收最强。     

聚苯胺的低温比热研究

测量了聚苯胺的中间氧化态以及掺杂盐酸后的样品在1.8至45K范围内的比热，比热数据可以用非晶态和晶态两部分的贡献来解释.利用声子-分形子模型成功地解释了低温下比热高于德拜理论趋势的反常现象.从本文的实验数据来看，没有观察到电子对比热容的贡献. 关键词： 低温比热 聚苯胺 分形     

电致发光加速层二氧化硅的电子高场迁移率

根据非晶态半导体的能带理论，讨论了分层优化薄膜电致发光方案中非晶二氧化硅加速层中的电子在高电场中的输运行为.研究结果表明：在高电场下，由于电场的存在降低了陷阱之间的平均势垒高度.在费密能级附近处的杂质及缺陷定域态和导带尾定域态中，电子的输运主要表现为电场增强的热辅助式跳跃传导；而在导带扩展态中，电子的输运仍像晶态半导体那样表现为共有化运动.此外，以实验数据为基础，计算出了非晶二氧化硅中电子的迁移率、最小金属电导率、导带迁移率边界状态密度及费密能级处的状态密度. 关键词：