掺P石墨烯结构和电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理,在广义梯度近似下,本文研究本征石墨烯和掺杂不同浓度P的石墨烯结构和电子性质并发现本征石墨烯禁带宽度为零;对于P∶C掺杂比分别为1∶17、1∶7、1∶1的石墨烯,其P-C键长由0.142nm的C-C键分别增大为0.1629 nm、0.1625 nm、0.1751 nm,其对应带隙分别由零带隙变为0.28 eV、0.44 eV、1.21eV:费米能级逐渐下降.分析分波态密度后发现,在掺P石墨烯中主要为P原子的3p态电子影响其总态密度.     

Li-O共掺杂AlN晶体的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理全势线性缀加平面波法,研究了Li-O共掺杂纤锌矿AlN体系的品格结构、电子态密度、能带结构和光学性质,较详细地分析了O对Li掺杂AlN晶体p型特性的影响.结果表明:Li-O共掺杂会导致AlN晶格收缩和禁带宽度减小;与Li单掺杂相比,O杂质的加入使得价带顶部的态密度峰值减小且局域化加强,降低了Li在AlN晶体中的受主特性.相较于未掺杂时的情况,Li-O共掺杂AlN的介电函数虚部谱只保留了位于7.5 eV处的主峰,谱线也变得更加平缓,而材料的吸收区范围未受到影响.Li-O共掺杂后的AlN材料依然能很好地工作在紫外光区域.     

3 C-SiC表面电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理对3C-SiC块体和3C-SiC(111)、(110)和(100)三个表面的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明:3C-SiC块体是带隙为1.44 eV的G-M间接带隙半导体,3C-SiC(111)表面是带隙为2.05 eV的M-G间接带隙半导体,3C-SiC(110)表面形成带隙值为0.87 eV的直接带隙半导体;3C-SiC(100)表面转变为导体.由光学性质分析得到,与3C-SiC块体比较,3C-SiC(100)、(110)、(111)表面的介电函数,吸收谱,反射谱,能量损失函数等均出现红移.     

缺陷双层石墨烯吸附碱金属原子的第一性原理研究

采用基于密度泛函的色散修正方法研究了Li、Na、K、Rb吸附在单空位缺陷(SV)双层石墨烯(BLG)表面的体系,对吸附体系的晶体结构、吸附能、电荷转移、扩散行为和电子结构进行了计算和分析.结果表明,碱金属原子更容易吸附在缺陷区域空位上方;使BLG平均层间距减少了0.0100～0.0137 nm;吸附体系的Bader电荷、电荷密度差分和电子结构的计算结果表明,碱金属原子与BLG之间结合属于离子键.通过计算扩散能垒发现,脱离缺陷所需激活能比朝向缺陷扩散的能垒大0.300～0.640 eV,表明SV缺陷能够捕获Li、Na、K、Rb原子.     

不同浓度Nb掺杂ZnO第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了不同浓度Nb掺杂ZnO的能带结构及性能,并对本征ZnO、Al掺杂ZnO(AZO)和Nb掺杂ZnO(NZO)的模拟结果进行对比分析。结果表明:(1)NZO和AZO的带隙值均低于本征ZnO的带隙值,掺杂浓度(原子数分数)同为6.25%的NZO的带隙值低于AZO的带隙值。随着Nb掺杂浓度增高,NZO的导带底明显降低,态密度峰值降低,且Nb-4d态电子占据了费米能级的主要量子态。(2)随着掺杂浓度的增加,NZO和AZO吸收峰和介电函数峰均降低,且向低能区移动,其中,NZO吸收峰向低能区移动更明显,且介电函数虚部分别在0.42 eV和34.29 eV出现新的峰,主要是价带中Nb-4d和Nb-5p电子能级跃迁所致。掺杂浓度同为6.25%的NZO的静介电常数大于AZO的静介电常数,表明NZO极化能力更强,NZO可以更有效改善ZnO的光电性能。随着Nb掺杂浓度增加,NZO的吸收系数和介电函数虚部强度增加且向高能区移动。NZO的模拟结果为高价态元素Nb掺杂ZnO的实验研究工作及实际应用提供了理论参考。     

La,Ce共掺锐钛矿相TiO2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对La和Ce单掺杂及La-Ce共掺杂锐钛矿TiO2前后的晶格参数、能带结构、态密度以及光吸收特性进行了计算。结果表明:掺杂后导致锐钛矿TiO2晶胞膨胀,晶格发生明显畸变并减小了锐钛矿相TiO2的禁带宽度;La-Ce共掺杂后引入新的杂质能级,导带下移,TiO2的光吸收带边发生明显红移,在紫外区和可见光区的吸收系数增大,有效提高了TiO2的光催化效率。     

Fe2CrP电子结构及半金属性的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Fe2CrP合金的电子结构、半金属性和磁性.结果表明Fe2CrP合金是一种半金属铁磁体,其半金属隙为0.22 eV.当晶格常数发生变化时,Fe2 CrP合金依然能在0.535 ～0.580 nm的范围内保持半金属性.计算得到Fe2CrP合金的分子总磁矩为3.00uB,与Slater-Pauling规则非常符合,Cr原子和Fe原子是分子总磁矩的主要贡献者.     

CdTe(110)表面原子与电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了CdTe(110)表面的原子和电子性质.结果表明,CdTe(110)理想表面在禁带中出现两个明显的表面态,弛豫后表层Cd原子和Te原子p态电子发生转移,Cd原子趋向于sp2平面杂化构型,Te原子趋向p3杂化的锥形构型.经过表面弛豫大大降低了表面能,增大了表面功函数,表面占据态和表面空态分别被推进价带顶之下和导带底之上,导致弛豫表面没有明显的表面态.     

Pt掺杂CdS光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法分析了CdS和Pt掺杂CdS的几何、电子结构和光学性质,计算结果表明Pt掺杂的CdS结构引入了由Pt贡献的导电载流子,增强了CdS的电导率,另外,费米能级下移进入价带.研究表明,Pt掺杂的CdS结构在费米能级附近出现了杂质能级,这是由Pt的5d态电子所形成;在光学性质上,Pt掺杂的CdS在可见光区的吸收系数比理想CdS高,能量损失峰出现红移现象,可见,Pt掺杂的CdS晶体具有更高的光催化活性.     

WO3（001）极性表面及氢吸附特性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对WO3 (001)的极性表面及其氢吸附特性进行了理论计算.通过对比WO表面和纯氧表面的表面化学势研究了两个极性表面的热力学稳定性,并分别计算了表面的几何结构和电子结构.结果表明:在贫氧环境中WO表面比较稳定,而在富氧环境中纯氧表面更稳定,WO表面和纯氧表面分别呈现n型半导体和p型半导体特性,表面原子通过调整W-O键长和键角实现表面弛豫.氢原子在两个极性表面不同吸附位置的计算表明:对WO表面和纯氧表面,W5c位和O1c位分别是稳定的吸附位置,且两者具有不同的反应特性.     

SiC籽晶表面状态对晶体质量的影响

为了研究表面状态对晶体质量的影响,本文分别采用腐蚀后抛光与未抛光的晶片作为籽晶,利用金相显微镜对所得晶体进行了显微观察,结果表明:经过腐蚀后抛光的籽晶生长出的晶体质量高于未抛光籽晶所得晶体;生长前端的位错尺寸以及数量小于未抛光籽晶,说明抛光去除了部分表面浅的缺陷腐蚀坑,同时减小深腐蚀坑的尺寸,使得籽晶生长表面的缺陷密度和尺寸大大降低,有助于减少后期生长的晶体中的缺陷密度,提高结晶质量.     

湿氧钝化CdSe(110)表面的XPS分析

用双氧水对CdSe单晶(110)表面进行钝化,采用X射线光电子能谱(XPS)分析了湿氧处理的CdSe(110)表面的化学特征.通过两次不同分析模式FAT(固定通能)和FRR(固定减速比)所得到的结果表明:CdSe表面出现Se偏析,表面上形成了SeOx(x＜1),SeO、Cd(OH)2和CdCO3的高电阻稳定氧化层,消除了器件表面态,可以减少器件的表面漏电流和改善其信噪比.     

锗酸铅(Pb5Ge3O11)铁电单晶的生长与缺陷研究

采用坩埚下降法成功生长了铁电锗酸铅(Pb5Ce3O11)单晶.所用Pt坩埚尺寸为φ25mm × 200mm和φ10mm×60mi,炉温控制在高于熔点50～80℃,固液界面温度梯度小于25℃/cm,生长速率小于0.5mm/h.所得晶体呈浅棕色,最大尺寸达φ25mm×60mm.采用光学显微镜(OM)及电子探针(EPMA)研究了所得晶体的生长缺陷(气泡、包裹体等),讨论了产生这些缺陷的原因,提出了控制及减少此类缺陷的方法.     

LaBr3晶体本征点缺陷研究

基于密度泛函理论平面波赝势法对LaBr3晶体本征点缺陷进行了系统研究.通过第一性原理和热动力学方法,计算得到了不同温度及溴分压下LaBr3晶体中本征点缺陷的缺陷形成能,并讨论了不同环境条件下本征点缺陷的形成能随费米能级的变化关系.计算结果表明,当费米能级位于导带底附近时,LaBr3晶体中的主要点缺陷为Lai…能级位于价带顶附近时,LaBr3晶体中主要的点缺陷为Vlao…VBr在高温/低溴分压相对稳定,Vla在低温/高溴分压更稳定.本文还做出了最稳定点缺陷随温度、溴分压及费米能级变化的三维空间分布图,清晰地呈现了不同条件下,该晶体最可能出现的点缺陷类型,从而为调控晶体的点缺陷改善晶体光学性能提供参考.     

氟硼铍酸钾晶体的生长、表面形貌和缺陷

采用自发成核方法,以KF-B2O3为助溶剂,在KBBF∶KF∶B2O3为1.5∶5.0∶0.8的体系中,较为重复地生长了尺寸较大的KBBF晶体,从中可加工出10mm×10mm×1.5mm的样品供测试和非线性谐波输出应用.晶体的理想外形由{0001}、{1010}、和{1011}三组单形构成.其宏观缺陷主要为连生、孪生、包裹体,宏观生长台阶和条纹、开裂等.并观察了晶体的表面形貌.     

离子束作用下KDP晶体表面粗糙度研究

为了避免传统加工过程对KDP( Potassium dihydrogen phosphate)晶体表面产生损伤、嵌入杂质等降低晶体抗激光损伤阈值的不利因素,文章探索采用离子束抛光技术实现KDP晶体的加工.本文主要分析了离子束抛光作用下KDP晶体表面粗糙度的演变过程,采用垂直入射和倾斜45°入射两种方式研究KDP晶体表面粗糙度,利用倾斜45°入射的加工方式提高了KDP晶体的表面质量,其表面均方根粗糙度值由初始的3.07 nm减小到了1.95 nm,实验结果验证了离子束抛光加工KDP晶体的可行性.     

提拉法制备铜单晶基片的化学机械抛光研究

采用提拉法成功制备出高纯铜(Cu)单晶,最大尺寸为φ15 mm×60 mm.采用化学机械抛光(CMP)方法对Cu单晶基片进行抛光,借助光学显微镜、表面轮廓仪和扫描探针显微镜分析了基片表面形貌、表面粗糙度与表面均匀性,并探讨了抛光压力、表面活性剂和抛光垫对基片表面抛光的影响,结果表明:采用CMP加工后的铜单晶基片表面无宏观划痕、加工均匀性好,基片表面粗糙度Ra为0.921 nm.     

人造金刚石单晶薄膜的制备及表面形貌优化

人造金刚石作为一种高效的热管理衬底,在宽禁带半导体电子器件领域具有广泛的应用前景。然而微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法外延金刚石单晶的生长速率慢,表面粗糙度高,难以满足半导体器件的衬底需求。对此,本文采用MPCVD法制备金刚石单晶薄膜,通过分阶段生长监控样品的生长速率,结合显微镜照片和AFM表征样品的表面形貌和表面粗糙度,根据拉曼光谱和XRD分析外延薄膜的晶体质量,最终采用高/低甲烷浓度的两步法外延工艺,实现了金刚石单晶薄膜的高速外延,生长速率达到20 μm/h,同时获得了较为平整的表面形貌。本文所研究的甲烷调制两步法外延工艺能够起到表面形貌优化的作用,有利于在后续的相关器件研发中提供平整的金刚石衬底,推动高功率电子器件的发展。     

Sr3NbGa3Si2O14压电晶体旋光性质的研究

本文测定了紫外、可见光区新型压电晶体-Sr3NbGa3Si2O14(SNGS) 的透过率,并利用一种新方法即通过测量晶体在平行偏振系统中的透过率谱研究了其旋光性,且拟合出旋光色散曲线.此晶体属左旋单轴晶体,旋光非常大,其旋光率ρ在513nm处达到43.69°/mm.