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.     

Ga掺杂ZnO的电子结构与电性能的研究

采用密度泛函理论广义梯度近似第一性原理计算的方法研究了n型Ga掺杂的纤锌矿结构氧化物ZnO的晶格结构、能带结构和态密度,在此基础上分析了其电性能.计算结果表明,掺杂ZnO氧化物晶格a,b轴增大,c轴略有减小;Ga掺杂ZnO氧化物两能带之间具有0.6eV的直接带隙,需要载流子(电子)跃迁的能隙宽度较未掺杂的ZnO氧化物减小;掺杂体系费米能级附近的态密度大大提高,其能带主要由Gas态、Zns态和Os态电子构成,且他们之间存在着强相互作用,其中Gas态电子对导带贡献最大.电输运性能分析结果表明,Ga掺杂ZnO氧化物导电机构由Znp-Op电子在价带与导带的跃迁转变为Gas-Znd-Os电子在价带与导带的跃迁,这也表明Gas态电子在导电过程中的重要作用;掺杂体系费米能级附近的载流子有效质量较未掺杂体系增大,且价带中的载流子有效质量较大,导带中的载流子有效质量较小.     

透明导电氧化物CuScO2的密度泛函理论研究

本文利用基于第一性原理的广义梯度近似方法分析研究透明导电氧化物CuScO2能带结构、态密度和杂质能级．计算结果表明,CuScO2的价带区主要由Cu的3d态和O的2p态构成,而导带区主要由Sc的3d态组成．在进行＋U修正之后,随着U参量的增加,CuScO2的导带区发生分裂导致导带扩大,带隙也随之扩大,表明＋U计算能较好地改进CuSc02带隙值;本文还比较分析了各种掺杂元素在CuSc02的杂质能级,发现Mg原子替位掺杂Sc能有效改善CuScO2的P型导电性能．     

掺杂MgCNi3超导电性和磁性的第一性原理研究

从第一性原理出发，计算了MgCNi₃的电子能带结构.MgCNi₃中C 2p与Ni 3d轨道杂化使穿梭费米面上的Ni 3d能带表现出平面性，费米面落在态密度范霍夫奇异(vHs)峰的右坡上.vHs峰上大的电子态密度和铁磁相变点附近的自旋涨落是决定MgCNi₃超导电性的重要因素.研究了三种替代式掺杂对其超导电性和磁性的影响，发现电子掺杂使费米能级下滑到态密度较低的位置，导致体系转变为无超导电性的顺磁相；同构等价电子数的金属间化合物的轨道杂化，引起费米面上态密度的减少，降低了超导电性；而空穴掺杂使费米面向vHs峰值方向移动，虽然费米面上电子态密度增大可能提高超导电性，但增强了的Ni原子磁交换作用产生铁磁序，破坏了超导电性. 关键词： 电子结构 超导电性 磁性 掺杂     

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.     

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     

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．     

Ga掺杂ZnS的电子结构和光学性质简

本文基于第一性原理平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法,对ZnS闪锌矿结构掺入杂质Ga体系进行结构优化处理.计算了该体系下ZnS材料的电子结构和光学性质.详细分析了其平衡晶格常数、能带结构、电子态密度分布和光学性质.结果表明:由于杂质Ga的引入,ZnS体系体积略有膨胀,并在费米面附近出现了深施主能级,单纯的通过Ga掺杂来实现低阻n型ZnS材料较为困难;由于杂质能级的引入,整个介电峰向低能方向偏移,电子在可见光区的跃迁显著增强.     

Ga掺杂ZnS的电子结构和光学性质

本文基于第一性原理平面波赝势（PWP）和广义梯度近似（GGA）方法,对ZnS闪锌矿结构掺入杂质Ga体系进行结构优化处理. 计算了该体系下ZnS材料的电子结构和光学性质. 详细分析了其平衡晶格常数、能带结构、电子态密度分布和光学性质．结果表明：由于杂质Ga的引入,ZnS体系体积略有膨胀,并在在费米面附近出现了深施主能级,单纯的通过Ga掺杂来实现低阻ｎ型ZnS材料较为困难;由于杂质能级的引入,整个介电峰向低能方向偏移,电子在可见光区的跃迁显著增强．     

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.     

FeS2多晶薄膜电子结构的实验研究

用磁控溅射方法制各纯Fe薄膜，并硫化合成FeS₂. 采用同步辐射X射线近边吸收谱与X射线光电子能谱研究了薄膜的电子结构. 结果表明，合成的FeS₂薄膜，在费米能级附近，有较强的Fe 3d态密度存在，同时，在价带谱中2—10eV处有强度较大的S 3p态密度存在；Fe的3d轨道在八面体配位场作用下分别为t_2g和e_g轨道，实验中由Fe的吸收谱计算得到两分裂能级之差为2.1eV;实验测得FeS₂价带结构中导带宽度约为2.4eV，导带上方仍存在第二能隙，其宽度约为2.8eV. 关键词： 磁控溅射 二硫化铁 X射线吸收近边结构 电子结构     

B掺杂ZnO透明导电薄膜的实验及理论研究

采用脉冲直流磁控溅射技术与基于密度泛函理论的平面波赝势方法对B掺杂ZnO （BZO）薄膜进行了研究. 以B₂O₃：ZnO陶瓷靶为溅射靶材,制备了低电阻率、可见和近红外光区高透过率的BZO薄膜. 系统地研究了衬底温度对BZO薄膜的结构、光电特性的影响. 结果表明：适当的增加衬底温度可以促进BZO薄膜结晶质量改善,晶粒尺寸增加,迁移率增大,电阻率降低. 在200 ℃时制备了电阻率为7.03×10^-4 Ω·cm,400–1100 nm平均透过率为89%的BZO薄膜. 理论模拟结果表明：在BZO薄膜中,以替位方式掺入的B （B_Zn）的形成能最低,B主要以替位形式掺入ZnO,其次分别为八面体间隙（B_IO）和四面体间隙（B_IT）的掺杂方式. B 掺入后,费米能级穿过导带,材料表现出n型半导体特性,光学带隙展宽,导电电子主要来源于B 2p,O 2p及Zn 4s电子轨道. 关键词： BZO薄膜 第一性原理计算 磁控溅射 太阳电池     

氧气分压对反应溅射制备TiO2薄膜带隙的影响

在不同的氧气分压下 ,用直流反应磁控溅射法制备了玻璃基TiO2 薄膜试样 ,测试了试样的荧光发射光谱。结果表明 ,氧气分压为 0 35和 0 6 5Pa时 ,荧光光谱在 370 ,4 72和 5 14nm处出现发射峰 ;氧气分压为 0 10和 0 15Pa时 ,发射光谱峰出现在 370和 4 90nm处。试样带隙为 3 35eV。0 35和 0 6 5Pa氧气分压下溅射的试样在带隙中有两个分别低于导带底 0 72和 0 94eV的缺陷能级 ,0 10和 0 15Pa氧气分压下溅射的试样在带隙中有一个位于导带底 0 2 3和 1 2 9eV之间的缺陷能带 ;增加氧气分压 ,缺陷能带转变成两个缺陷能级 ,在 0 6 5Pa氧气分压下 ,缺陷能级几乎消失。     

Cu掺杂ZnO薄膜的光学性质

采用射频反应磁控溅射方法,在Si(100)和石英基片上使用双靶溅射的方法制备了Cu掺杂ZnO薄膜。利用X射线衍射、透射光谱和光致发光光谱分析了薄膜的晶体结构及光学性质,并与密度泛函理论计算的结果进行了对比。研究结果显示:Cu掺杂ZnO薄膜均具有高的c轴择优取向,无Cu及其氧化物相关相析出,掺杂对晶格参数的影响较小,与理论计算结果一致。Cu掺杂显著改变了ZnO薄膜在近紫外及可见光波段的吸收特性,其光学带隙随着Cu掺杂量的增加有所减小,带隙宽度的变化趋势与理论结果有着很好的一致性。Cu掺杂显著降低了ZnO薄膜的发光效率,具有明显的发光猝灭作用,但并不影响光致发光的发光峰位。说明Cu掺杂导致的吸收特性的改变可能与杂质能级有关,这与能带结构计算发现的Cu-3d电子态位于价带顶附近的禁带中是一致的。     

场发射显示Ag膜电极的制备及其电性能

场发射显示(FED)被认为是CRT的平板化,受到人们关注。作者采用直流磁控溅射法,在Al₂O₃过渡层上制备面心立方结构的Ag多晶薄膜。通过XRD、SEM、AFM测试分析发现,溅射功率分为两个区域,在溅射功率不高于2.8 kW时,沉积速率随着功率线性增大,得到Ag膜晶粒尺寸均一,薄膜电阻率逐步降低;溅射功率高于2.8 kW后,沉积速率没有显著增大,出现较多的大晶粒,电阻率升高,并且从理论上给出了解释。综合来看,溅射功率在2.8 kW所制备的Ag膜微观结构质量达到最佳,电阻率也达到最小值。     

溅射功率对Mo薄膜微结构和性能的影响

 实验采用直流磁控溅射沉积技术在不同溅射功率下制备Mo膜,研究了不同溅射功率下Mo膜的沉积速率、表面形貌及晶型结构,并对其晶粒尺寸和应力进行了研究。利用原子力显微镜观察样品的表面形貌发现随着溅射功率的增加,薄膜表面粗糙度逐渐增大。X射线衍射分析表明薄膜呈立方多晶结构,晶粒尺寸为14.1～17.9 nm;应力先随溅射功率的增大而增大,在40 W时达到最大值(2.383 GPa),后随溅射功率的增大有所减小。     

磁控溅射技术制备TiO2薄膜的研究进展

介绍了磁控溅射法镀膜的基本原理,综述了近年来关于溅射功率、工作压强、氩氧比例、沉积温度和退火等工艺参数以及掺杂对T iO2薄膜结构、形貌和光学性质影响的研究进展,并对磁控溅射技术制备T iO2薄膜的发展方向进行了展望。     

溅射功率对直流磁控溅射Ti膜结构的影响

 采用直流磁控溅射方法制备了纯Ti膜,研究了不同功率下Ti膜的沉积速率、表面形貌及晶型结构,并对其应力进行了研究。研究表明：薄膜的沉积速率随溅射功率的增加而增加,当溅射功率为20 W时,原子力显微镜(AFM)图像显示Ti膜光洁、致密,均方根粗糙度最小可达0.9 nm。X射线衍射(XRD)分析表明薄膜的晶体结构为六方晶型,Ti膜应力先随溅射功率增大而增大,在60 W时达到最大值（为945.1 MPa）,之后随溅射功率的增大有所减小。     

退火处理对ZnO薄膜晶体结构和导电性能的影响

利用直流反应磁控溅射法在硅衬底上沉积C轴择优取向的ZnO晶体薄膜,将该样品进行退火处理,并测量了样品的导电性能,结果显示退火处理可以引起薄膜的重结晶,从而改善薄膜的结晶状况,改变薄膜中的化学配比.退火后样品的薄膜电阻相对较小,增加了薄膜中施主的浓度,增强了薄膜的导电性.     

Characteristics of N-doped TiO2 thin films grown on unheated glass substrate by inductively coupled plasma assisted dc reactive magnetron sputtering

N-doped TiO₂ thin films have been deposited on unheated glass substrates by an inductively coupled plasma (ICP) assisted direct current (dc) reactive magnetron sputtering. All films were produced in the metallic mode of sputtering in order to achieve a high deposition rate. The structures and properties of the N-doped TiO₂ films were studied by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy, field emission scanning electron microscopy and UV–Vis spectrophotometer. Experimental results show that we can obtain well crystallized N-doped anatase phase TiO₂ thin films at low deposition temperature and at high deposition rate by using the ICP assisted dc reactive magnetron sputtering process. The doping of nitrogen into TiO₂ lattices leads to a smooth shift of the absorption band toward visible light regions.