单轴[110]应力硅电子迁移率

基于k·p微扰法研究单轴[110]应力作用下硅的导带结构,获得单轴[110]应力硅的导带底能量及电子有效质量.在此基础上,考虑电子谷间、谷内及电离杂质散射,采用弛豫时间近似计算单轴[110]应力硅沿不同晶向的电子迁移率.结果表明：单轴[110]应力作用下硅的电子迁移率具有明显的各向异性.在[001]、[110]及[110]输运晶向中,张应力作用下电子沿[110]晶向输运时迁移率有较大的增强,由未受应力时的1 450 cm²·Vs^-1提高到2 GPa应力作用下的2 500 cm²·Vs^-1.迁移率增强的主要原因是电子有效质量的减小,而应力作用下硅导带能谷分裂导致的谷间散射几率的减小对电子迁移率的影响并不显著.     

(001)面任意方向单轴应变硅材料能带结构

首先计算了(001)晶面单轴应变张量,在此基础上采用结合形变势理论的K ·P微扰法建立了在(001)晶面内受任意方向的单轴压/张应力作用时,应变硅材料的能带结构与应力(类型、大小)及晶向的关系模型,进而分析了不同单轴应力(类型、大小)及晶向对应变硅材料导带带边、价带带边、导带分裂能、价带分裂能、禁带宽度的影响.研究结果可为单轴应变硅器件应力及晶向的选择设计提供理论依据. 关键词： 单轴应变硅 K ·P法 能带结构     

基于锡组分和双轴张应力调控的临界带隙应变Ge_(1-x)Sn_x能带特性与迁移率计算

能带工程通过改变材料的能带结构可以显著提升其电学和光学性质,已广泛应用于半导体材料的改性研究.双轴张应力和Sn组分共同作用下的Ge_(1-x)Sn_x合金,不仅可以解决直接带隙转变所需高Sn组分带来的工艺难题,而且载流子迁移率会显著提升,在单片光电集成领域有很好的应用前景.根据形变势理论,分析了(001)面双轴张应变Ge_(1-x)Sn_x的带隙转变条件,并给出了在带隙转变临界点Sn组分和双轴张应力的关系;采用8κ·p方法,得到了临界带隙双轴张应变Ge_(1-x)Sn_x在布里渊区中心点附近的能带结构,进而计算得到电子与空穴有效质量;基于载流子散射模型,计算了电子与空穴迁移率.计算结果表明:较低Sn组分和双轴张应力的组合即可得到直接带隙Ge_(1-x)Sn_x合金,且直接带隙宽度随着应力的增大而减小;临界带隙双轴张应变Ge_(1-x)Sn_x具有极高的电子迁移率,空穴迁移率在较小应力作用下即可显著提升.考虑工艺实现难度和材料性能两个方面,可以选择4%Sn组分与1.2 GPa双轴张应力或3%Sn组分与1.5 GPa双轴张应力的组合用于高速器件和光电器件的设计.     

单轴应力对一维镜像光子晶体光子局域态透射峰的影响

利用传输矩阵法研究了镜像异质三周期一维光子晶体中的光子局域态随单轴应力发生变化的特性. 对于镜像异质三周期光子晶体, 由于其镜像结构, 破坏了光子晶体的有序性, 产生了一个缺陷态, 使其在较宽的光子禁带中心有一个光子局域态透射峰. 研究表明: 当对镜像异质三周期光子晶体施加单轴应力时, 其中的光子局域态透射峰会随着应力的改变而发生剧烈的变化. 当外部微弱的机械应力施加到光子晶体上时, 对光子晶体形成一个拉伸应变, 拉伸应变引起光子晶体结构的变化, 进而大幅度影响光子局域态透射峰的透射率.结果表明: 透射峰的透射率明显受单轴应力的影响. 这些特性可为用此结构的光子晶体设计超高灵敏度压力传感器提供理论参考. 关键词： 光子晶体 单轴应力 光子局域态 传输矩阵     

线状晶体的生长和单轴应力光谱的研究

自威斯康星大学转到乔治亚大学之后,严懋勋教授最得意的工作之一是建立了线状晶体(Single Crystal Fibers)生长实验室.为了生长发光材料单晶,多晶制备系统也因此建立起来.在此之前,严教授研究组使用的样品多是来自其他实验室合作者.而在此之后,多数样品都是自己制备的,并向合作者提供样品.这就增强了研究效率,提高了追赶前沿研究的速度.     

尺寸相关的弹性常数对应变硅纳米线电学性质的影响

从Keating模型出发,基于离散化思想建立了计算单晶硅纳米线弹性常数和杨氏模量的半连续原子晶格力学模型. 从微扰理论和形变势理论出发,采用有限差分方法建立了计算不同晶向应变硅纳米线价带结构的数值模型. 结合上述的两个计算模型,进而应用经典弹道传输模型研究了轴向应力和弹性常数对p型硅纳米线弹道晶体管电学特性的影响. 研究结果表明,硅纳米线的弹性常数和杨氏模量呈现尺寸效应,该结果与分子动力学的模拟结果具有很好的一致性. 同时发现尺寸相关的弹性常数对硅纳米线晶体管输运电流的影响强烈依赖于单轴应力对输运电流的影 关键词： 应变硅纳米线 弹性常数 弹道电流 价带结构模型     

硅衬底GaN蓝色发光材料转移前后应力变化研究

利用外延片压焊和湿法腐蚀技术将硅衬底上生长的InGaN多量子阱发光二极管(LED)薄膜材料转移到了新衬底上. 研究结果表明, 转移后的LED薄膜中GaN层受到的张应力变小,InGaN层受的压应力变大. 去除转移后LED薄膜中过渡层后,GaN层受到的张应力变大,而铟镓氮层受到的压应力基本不变. 将转移后的薄膜做成垂直结构的LED芯片后,其光电性能明显改善. 关键词： GaN 发光二极管 硅衬底 应力     

应力对硅烯上锂吸附的影响

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究了双轴应力作用下锂原子吸附硅烯的结构及其稳定性. 计算结果表明,在拉应力和一定的压应力作用下,锂吸附的硅烯体系基本保持原有的结构. 而当更大的压应力作用时,硅烯产生了向锂原子方向凸起的结构变化,所得到的体系的总能也有明显地下降. 本文通过对各种应力下的硅烯声子谱的计算,分析了在压应力作用下锂吸附的硅烯结构不稳定的原因. 关键词： 硅烯 应力 第一性原理 声子谱     

硅衬底GaN基LED薄膜芯片的应力调制

将Si衬底GaN基LED外延薄膜经晶圆键合、去硅衬底等工艺制作成垂直结构GaN基LED薄膜芯片,并对其进行不同温度的连续退火,通过高分辨X射线衍射(HRXRD)研究了连续退火过程中GaN薄膜芯片的应力变化。研究发现:垂直结构LED薄膜芯片在160~180℃下退火应力释放明显,200℃时应力释放充分,GaN的晶格常数接近标准值。继续升温应力不再发生明显变化,GaN薄膜的晶格常数只在标准晶格常数值附近波动。扫描电子显微镜给出的bonding层中Ag-In合金情况很好地解释了薄膜芯片应力的变化。     

单轴应力对量子阱红外探测器吸收波长的影响

以单轴应力作用下超晶格量子阱应变能带理论为基础,采用电子反射与干涉方法,研究了单轴应力对超晶格能带的影响,推导了单轴应力与超晶格导带子能级的定量关系。以GaAs-AlGaAs-GaAs为例,具体计算了导带中子能级对应力的依赖关系,进而给出了单轴应力对n型AlGaAs-GaAs量子阱红外探测器(QWIP)吸收波长的影响。计算结果表明,随着单轴压应力的增大,量子阱红外探测器的吸收波长表现出较明显的变化。当单轴压力增大到1.3GPa,量子阱红外探测器的吸收峰值移动了将近1.1μm,并且基本与应力呈线性关系。量子阱红外探测器吸收波长连续可调范围5.57～4.46μm。     

基片曲率法在多孔硅薄膜残余应力检测中的应用

通过基底曲率法设计和制作了一种测量薄膜应力的装置，它具有全场性、非接触性、高分辨率、无破坏、数据获取速度快等特点.使用该装置测量了电化学腐蚀法制作的多孔硅薄膜的残余应力，并研究了孔隙率和基底掺杂浓度对残余应力的影响，结果表明随着孔隙率的增加和硼离子掺杂浓度的提高，多孔硅表面的拉伸应力逐渐加大，由此表明多孔硅薄膜的微观结构与残余应力的大小有着密切的联系. 关键词： 薄膜 残余应力 孔隙率 多孔硅     

单轴应变条件下Fe从α到ε结构相变机制的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了沿［001］方向单轴应变条件下Fe从体心立方结构(bcc,α相)到六角密排结构(hcp,ε相)相变的临界压力、相变路径、相变势垒以及相变过程中原子磁性的变化.结果发现:单轴应变条件下Fe从α到ε结构的相变路径与以前理论计算模拟给出的静水压力条件下的相变路径明显不同;原子磁矩沿着相变路径突然降低,同时伴随着能量和体积的突然变化,是典型的一阶磁性相转变,表明原子磁性的丧失导致了bcc结构不稳定而向hcp结构转变.对单轴应变下吉布斯自由能的计算表明,相变势垒随着单轴应 关键词： 相变 单轴应变 第一性原理 铁     

基于graphene条带的硅纳米结构

采用分子动力学模拟方法研究了graphene条带上生长硅纳米结构的过程,分析了不同温度下硅原子在graphene条带边沿生成的新型纳米结构.研究表明,随机分布的硅原子吸附到锯齿型graphene条带边沿在不同的温度T下可生成不同类型的硅纳米结构：300K≤T<2000K时形成无规则的团簇,2000K≤T≤2800K时形成单原子链结构,2800K<T<3900K时形成含缺陷的硅链结构,T≥3900K时硅原子逐渐替代条带边沿的碳原子直至graphene条带破坏.而硅原子吸附到扶手椅型graphene条带边沿在300K≤T<3000 K内仅能形成非链状的不定型的硅纳米结构. 关键词： graphene 硅 纳米结构 分子动力学模拟     

第一性原理研究应变Si/(111Si1-xGex能带结构

基于密度泛函理论框架的第一性原理平面波赝势方法对双轴应变Si/(111)Sil1-xGex(x=0.1-0.4)的能带结构进行了研究,结果表明:导带带边六度简并没有消除;应变部分消除了价带带边的简并度;导带带边能量极值k矢位置和极值附近可由电于有效质量描述的能带形状在应变条件下几乎小变;价带极大值附近可由空穴有效质量描述的能带形状随着x有规律地变化.此外,给出的禁带宽度与x的拟合关系同KP理论计算的结果一致,该量化数据对器件研究设计可提供有价值的参考.     

多孔硅的分形结构及其荧光特性

用扫描电子显微镜(SEM)对多孔硅的结构进行了分析.结果显示多孔硅具有分形特性,同计算机模拟结果一致;用荧光光谱仪,研究了多孔硅的荧光特性与激发波长的依赖关系.激发光谱测量结果发现,当激发波长从650 nm变到340 nm时,荧光谱峰位从红端780 nm连续蓝移到500 nm.综合分析说明：正是由于多孔硅的分形微结构以及量子限制效应,导致了多孔硅的荧光特性随激发波长改变的物理现象.     

ZnS电子结构及电性能应力效应的研究

基于广义梯度近似平面电子波函数密度泛函理论计算的方法研究了无压力下和在1 GPa外压应力下闪锌矿结构ZnS的能带结构、电子状态密度、结合状况和介电性能。结果表明在外加1 GPa压力时闪锌矿结构ZnS晶格常数由2.7605减小到2.7049,对称性不变.在外压1 GPa应力下ZnS仍呈直接带隙的能带结构,带隙宽度较未加压力时减小到1.698 e V.在外加1 GPa压应力下ZnS费米能附近的载流子浓度大大增加,更容易发生跃迁而产生电迁移和光电现象。外加1 GPa压力时Zn-S键长由2.3905减小到2.3405,Zn-S成键数量由1.820个增加到1.860个.ZnS硫化物在紫外和可见光波段主要存在四个介电吸收峰,外加1 GPa压应力下位于170 nm和210 nm附近的直接跃迁介电吸收峰强度降低.     

ZnS电子结构及电性能应力效应的研究

基于广义梯度近似平面电子波函数密度泛函理论计算的方法研究了无压力下和在1GPa外压应力下闪锌矿结构ZnS的能带结构、电子状态密度、结合状况和介电性能。结果表明在外加1GPa压力时闪锌矿结构ZnS晶格常数由2.7605Å减小到2.7049Å,对称性不变。在外压1GPa应力下ZnS仍呈直接带隙的能带结构,带隙宽度较未加压力时减小到1.698eV。在外加1GPa压应力下ZnS费米能附近的载流子浓度大大增加,更容易发生跃迁而产生电迁移和光电现象。外加1GPa压力时Zn-S键长由2.3905Å减小到2.3405Å,Zn-S成键数量由1.820个增加到1.860个。ZnS硫化物在紫外和可见光波段主要存在四个介电吸收峰,外加1GPa压应力下位于170nm和210nm附近的直接跃迁介电吸收峰强度降低。     

表面键合对硅(111)量子面电子结构的影响

将纳米硅薄膜看成理想的一维限制的量子面结构,通过第一性原理计算研究了不同厚度的硅(111)量子面的能带结构及态密度。随着量子面厚度的变化,在Si—H键钝化较好的量子面结构上,其带隙宽度变化主要遵循量子限制效应规律。当在表面掺杂时,模拟计算表面含Si—N键的硅(111)量子面的结果表明:在一定厚度范围内,带隙宽度主要由量子限制效应决定;超过这个厚度,带隙宽度同时受量子限制效应和表面键合结构的影响。保持量子面厚度不变,表面掺杂浓度越大则带隙变窄效应越明显。同样,模拟计算含Si—Yb键的硅(111)量子面的结果也有同样的效应。几乎所有的模拟计算结果都显示:量子面的能带结构均呈现出准直接带隙特征。     

沿〈111〉晶向冲击加载下铜中纳米孔洞增长的塑性机制

用分子动力学方法计算模拟了单晶铜中纳米孔洞（约φ1．3nm）在〈111〉晶向冲击加载过程中的演化及其周围区域发生塑性变形的过程。模拟结果的原子图像如图1所示，其中活塞速度为500m／s，图中所示为4族连续三层穿过孔洞中心的{111}晶面在4000个时间步时（处于拉伸应力状态）的原子排列图像。从面心立方铜晶体中位错成核及运动特点可知，当位错在{111}面上成核和运动后，将产生层错和部分位错结构，我们正是根据此特点来判断在某{111}晶面上是否有位错的成核和运动。从图1可以看到，沿〈111〉晶向冲击加载后，