O2流量对磁控溅射N掺杂TiO2薄膜成分及晶体结构的影响

利用直流脉冲磁控溅射方法在室温下通过改变O₂流量制备具有不同晶体结构的N掺杂TiO₂薄膜,利用台阶仪、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计等设备对薄膜沉积速率、化学成分、晶体结构、禁带宽度等进行分析.结果表明:所制备的薄膜元素配比约为TiO_1.68±0.06N_0.11±0.01,N为替位掺杂,所有样品退火前后均未形成Ti—N相结构,N掺杂TiO₂薄膜的沉积速率、晶体结构等主要依赖于O₂流量.在O₂流量为2 sccm时,N掺杂TiO₂薄膜沉积速率相对较高,薄膜为非晶态结构,但薄膜内含有锐钛矿(anatase)和金红石(rutile)相晶核,退火后薄膜呈anatase和rutile相混合结构,禁带宽度仅为2.86 eV.随着O₂流量的增加,薄膜沉积速率单调下降,退火后样品禁带宽度逐渐增加.当O₂流量为12 sccm时,薄膜为anatase相择优生长,退火后呈anatase相结构,禁带宽度为3.2 eV.综合本实验的分析结果,要在室温条件下制备晶态N掺杂TiO₂薄膜,需在高O₂流量(＞10 sccn)条件下制备. 关键词： 2薄膜')" href="#">N掺杂TiO₂薄膜 磁控溅射 化学配比 晶体结构     

Ge,Al掺杂锰硅化和物Mn4Si7的第一性原理计算

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对本征Mn₄Si₇以及Ge, Al单掺杂和共掺杂Mn₄Si₇的晶体结构,能带结构,态密度以及光学性质进行了计算和分析.计算结果表明:本征态Mn₄Si₇的禁带宽度为0.810 eV,为直接带隙半导体材料,掺杂后晶体结构稍微变化,禁带宽度减小,且共掺杂时禁带宽度最小,电导率最好.Al以及Ge, Al共同掺杂时会产生杂质能级.掺杂后光子能量向低能级方向移动,光电导率,光吸收,反射系数都有所增大,说明掺杂改善了Mn₄Si₇的光学性质,从而可以提高光伏发电效率.     

N/Cu共掺杂锐钛矿型TiO2第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法, 采用局域自旋密度近似加Hubbard U值方法研究了纯锐钛矿型TiO₂, N, Cu单掺杂TiO₂及N/Cu共掺杂TiO₂ 的晶体结构、电子结构和光学性质. 研究结果表明, 掺杂后晶格发生相应畸变, 晶格常数变大. N 和Cu的掺杂在TiO₂禁带中引入杂质能级, 禁带宽度发生相应改变. 对于N掺杂TiO₂禁带宽度减小较弱, 而Cu掺杂和N/Cu共掺TiO₂禁带宽度显著降低, 导致吸收光谱明显红移, 光学催化性增强, 有利于实际应用.     

N,Fe, La三掺杂锐钛矿型TiO2能带调节的理论与实验研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势方法(PWPP), 利用Material studio 计算N, Fe, La三种元素掺杂引起的锐钛矿TiO₂晶体结构、能带结构和态密度变化. 并通过溶胶-凝胶法制得锐钛矿型本征TiO₂, N, Fe共掺杂TiO₂和N, Fe, La共掺杂TiO₂; 用X射线衍射和扫描电镜表征结构; 紫外-可见分光光度计检测TiO₂对甲基橙的降解效率变化. 计算结果表明, 由于N, Fe, La三掺杂TiO₂的晶格体积、键长等发生变化, 导致晶体对称性下降, 光生电子-空穴对有效分离, 同时在导带底和价带顶形成杂质能级, TiO₂禁带宽度由1.78 eV变为1.35 eV, 减小25%, 光吸收带边红移, 态密度数增加, 电子跃迁概率提升, 光催化能力增加. 实验结果表明: 离子掺杂使颗粒变小, 粒径大小: 本征TiO₂>N/Fe_TiO₂>N/Fe/La_TiO₂, 并测得N/Fe/La_TiO₂发光峰425 nm, 能隙减小, 光催化能力比N/Fe_TiO₂强, 增强原因是杂质能级和电子态数量增加引起.     

C掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用第一性原理的局域密度近似+U(0 ≤U≤9 eV)方法研究了本征金红石相TiO₂在不同U值(对Ti-3d电子)下的禁带宽度、晶体结构以及不同比例C元素掺杂的金红石相TiO₂的电子结构和光学性质, 研究表明, TiO₂的禁带宽度和晶格常数随着U值的增加而增大. 综合考虑取U=3 eV并对其计算结果进行修正. 对于掺杂体系, 发现C 元素的掺杂在金红石相TiO₂中引入杂质能级, 杂质能级主要由O-2p轨道和C-2p轨道耦合形成, 杂质能级的引入可以增加TiO₂对可见光的响应, 从而使TiO₂的吸收范围增大. C原子掺杂最佳比例为8.3%, 此时光学吸收边的红移程度最明显, 可增大光吸收效率, 从而提高了TiO₂光催化效率.     

Fe:Mg:LiNbO3晶体电子结构和吸收光谱的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理, 研究了LiNbO₃晶体以及不同Mg浓度的Fe:Mg:LiNbO₃晶体的电子结构和吸收光谱. 研究结果显示: 掺铁铌酸锂晶体的杂质能级由Fe 的3d轨道和O的2p轨道贡献, 禁带宽度为2.845 eV; 对于Mg, Fe共掺样品, Mg的浓度小于或等于阈值时, 禁带宽度分别为2.901 和2.805 eV; 掺铁铌酸锂晶体的吸收谱在2.3和2.6 eV处分别存在一个吸收峰, 其强度因Mg的浓度不同而发生变化. 研究结果还表明, 不同浓度的Mg对晶体内Fe²⁺和Fe³⁺的浓度以及占位产生了不同的影响. 还提出了光电子的形成不应单独考虑铁的轨道电子态, 而应同时考虑与铁成键的氧的轨道电子态的观点.     

微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究

利用射频磁控溅射(RF-MS)法在450℃玻璃基底上制备了Mg掺杂量分别为0.81at%,2.43at%和4.05at%的ZnO薄膜,对其微观结构、室温光致发光光谱(PL)、光学和电学性质进行了研究.结果发现,微量Mg掺杂ZnO薄膜晶体具有六方纤锌矿结构并保持高结晶质量;掺杂0.81at%和2.43at%Mg的ZnO薄膜室温PL谱中近带边发射(NBE)峰的短波方向出现了高能发射带与NBE峰同时存在;随着Mg掺杂量增加至4.05at%,这个高能发射带逐步将NBE峰掩盖.推测在Mg掺杂ZnO薄膜中,Mg2+替代Zn2+附近核外电子的能量增大并产生了一个高能级.而未被Mg2+替代的Zn2+周围的核外电子能量状态不变,带间能级依然存在,随着Mg掺杂量的增加处于高能级的电子数目逐步增加并占绝对优势.因此,ZnO薄膜随着Mg掺杂量增加薄膜禁带宽度增大,这是由于Mg掺杂后周围电子能量增大与Burstein-Moss效应共同作用的结果.另外,薄膜在可见光区域的平均透射率均大于85%,随着Mg掺杂量的增加,薄膜禁带宽度增大并在3.36—3.52eV内变化;Mg掺杂量为0.81at%,2.43at%和4.05at%时,薄膜电阻率分别为2.2×10-3,3.4×10-3和8.1×10-3Ω.cm.     

Ga替代对纳米晶Nd(Fe,Co)B黏结磁体磁性能的影响

探讨了微量的Ga替代Fe对Nd₂(Fe,Co)₁₄B/(Fe,Co)₃B+(少量)α-Fe永磁材料的晶体结构及磁性能的影响,并讨论了双相纳米晶磁体性能的变化机理以及所适用的理论模型.结果表明,Ga的添加不仅使晶粒尺寸显著变小,而且在Ga含量x<1at%的范围,随着x的增加,B_r和(BH)_max随退火时间的变化关系由形似马鞍的曲线转化为抛物曲线;矫顽力_jH_c先下降到一个最小值后再上升;当x=0.2时,综合磁性能较好 关键词： 双相纳米晶磁体 快淬 退火 交换耦合 磁性能     

Co掺杂MgF2电子结构和光学特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了Co掺杂MgF₂晶体的几何结构、电子结构和光学性质.结果表明,Co掺杂导致MgF₂晶体结构畸变,可能发生一种类四方和斜方型结构相变.由于Co原子的加入,体系的禁带宽度减小,可观察到半导体—金属性转变.计算也表明,Co掺杂对静态介电常数和光吸收系数有重要调制作用,所得结果与最近实验测量很好相符,揭示了Co:MgF₂体系在光学元器件方面的潜在应用. 关键词： 密度泛函理论（DFT） 第一性原理 超软赝势 2')" href="#">Co掺杂MgF₂     

La-Ce共掺杂锐钛矿TiO2的缺陷形成能和电子结构分析

采用基于密度泛函的第一性原理研究了稀土元素La、Ce共掺杂锐钛矿相TiO₂的缺陷形成能,缺陷电荷转变能级以及电子结构.研究发现,富氧状态下La、Ce掺杂以及La-Ce共掺的缺陷形成能均为负值,而贫氧状态下La、Ce掺杂形成能为正,表明La、Ce的掺杂TiO₂只能在氧气氛制备条件下进行;替代Ti掺杂缺陷电荷转变能级计算结果表明:0/1-的缺陷电荷转变能级分别位于VBM上面0.522 eV及2.440 eV处;与纯锐钛矿相TiO₂相比,La、Ce单掺杂以及La-Ce共掺杂均能减小TiO₂的禁带宽度,但共掺杂体系的禁带宽度更窄,因此共掺杂体系将更有利于提高TiO₂对可见光的响应能力和光催化性能.     

Cr掺杂以及Mo和Cr双掺Mn4Si7的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论中第一性原理的赝势平面波法,分别对本征Mn4Si7、Cr掺杂Mn4Si7以及Cr和Mo双掺Mn4Si7的电子结构及光学性质进行了计算和分析。计算结果表明本征Mn4Si7禁带宽度为Eg=0.813 eV,Cr掺杂Mn4Si7禁带宽度为Eg=0.730 eV,Cr和Mo双掺Mn4Si7禁带宽度为Eg=0.620 eV,均为间接带隙半导体、p型掺杂。此外,在低能区掺杂体系的介电函数、折射率、消光系数、吸收系数以及光电导率均强于本征Mn4Si7,表明Cr掺杂Mn4Si7以及Cr和Mo双掺Mn4Si7有运用于红外光电子器件的巨大潜力。     

铜铁镁三掺铌酸锂晶体的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体及对比组的电子结构和光学特性.研究显示,单掺铜或铁铌酸锂晶体的杂质能级分别由Cu 3d轨道或Fe 3d轨道贡献,禁带宽度分别为3.45和3.42 eV;铜、铁共掺铌酸锂晶体杂质能级由Cu和Fe的3d轨道共同贡献,禁带宽度为3.24 eV,吸收峰分别在3.01,2.53和1.36 eV处;Cu:Fe:Mg:LiNbO3晶体中Mg^2+浓度低于阈值或高于阈值(阈值约为6.0 mol%)的禁带宽度分别为2.89 eV或3.30 eV,吸收峰分别位于2.45 eV,1.89 eV或2.89 eV,2.59 eV,2.24 eV.Mg^2+浓度高于阈值,会使吸收边较低于阈值情况红移;并使得部分Fe^3+占Nb位,引起晶体场改变,从而改变吸收峰位置和强度.双光存储应用中可选取2.9 eV作为擦除光,2.5 eV作为读取和写入光,选取Mg^2+浓度达到阈值的三掺晶体在增加动态范围和灵敏度等参量以及优化再现图像的质量等方面更具优势.     

基于择优掺杂取向研究Y掺杂量对ZnTe电子结构和吸收光谱的影响

Zn Te由于其特有的禁带宽度,光学性质以及可重掺杂等特性,使得众多学者对其进行了系列的相关研究,但关于Y掺杂浓度和掺杂方式对Zn Te性质的影响却鲜有报道.作者采用密度泛函理论框架下的广义梯度近似方法,分别计算了Y在掺杂浓度为1.56at%、3.12at%、4.69at%下Zn Te的几何结构、能带结构、态密度分布、吸收光谱等性质,以及不同掺杂方式对体系的影响.结果表明:在掺杂浓度为3.12at%,掺杂方式不相同时,掺杂原子沿[111]晶向排布的形成能最低,即[111]晶向为择优晶向.当掺杂浓度为4.69at%时,择优晶面为(111)面.若要实现更高浓度的Y掺杂,沿(111)晶面掺杂更容易实现.对于实验而言,更高浓度的Y掺杂,掺杂原子在Zn Te体系中更容易沿(111)晶面进行集中排列. Y掺杂Zn Te后,体系的禁带宽度变大,吸收光谱发生蓝移,对可见光的吸收强度减小.在浓度为3.12at%时禁带宽度最大,蓝移现象最明显,吸收强度最小. Y掺杂后体系变为n型半导体,可以使用这种掺杂方式制作P-N结二极管．     

La-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对锐钛矿相TiO_2、La单掺杂及La-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构进行计算,分析La单掺杂及La-N共掺杂对锐钛矿相TiO_2的晶体结构、能带、态密度、差分电荷密度和光吸收性质的影响.结果表明,掺杂后TiO_2的晶格发生畸变,原子间键长的变化使晶格发生膨胀;掺杂后TiO_2的禁带宽度减小,并在禁带中引入杂质能级,导致TiO_2的吸收图谱产生红移现象;与La单掺杂相比,La-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的红移程度增强.     

La-N共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构及光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对锐钛矿相TiO2、La单掺杂及La-N共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构进行计算,分析La单掺杂及La-N共掺杂对锐钛矿相TiO2的晶体结构、能带、态密度、差分电荷密度和光吸收性质的影响. 结果表明,掺杂后TiO2的晶格发生畸变,原子间键长的变化使晶格发生膨胀;掺杂后TiO2的禁带宽度减小,并在禁带中引入杂质能级,导致TiO2的吸收图谱产生红移现象;与La单掺杂相比,La-N共掺杂锐钛矿相TiO2的红移程度增强.     

天然黄铁矿光吸收特征

以天然黄铁矿为样本,用Cary 500型紫外可见近红外分光光度计在200～2 000 nm范围内测出了样品的吸收谱和反射谱,计算出了吸收系数,并根据Tauc规则算出了样品的禁带宽度.结果表明:所测天然黄铁矿光吸收系数在105数量级;在吸收图谱中出现了明显的肩行结构,可以判断样品属于间接禁带半导体,其禁带宽度为0.64 ...     

Ge，Al掺杂锰硅化合物Mn4Si7的第一性原理计算

基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法,对本征Mn4Si7以及Ge,Al单掺杂和共掺杂Mn4Si7的晶体结构,能带结构,态密度以及光学性质进行了计算和分析.计算结果表明：本征态Mn4Si7的禁带宽度为0.810 eV,为直接带隙半导体材料,掺杂后晶体结构稍微变化,禁带宽度减小,且共掺杂时禁带宽度最小,电导率最好.Al以及Ge,Al共同掺杂时会产生杂质能级.掺杂后光子能量向低能级方向移动,光电导率,光吸收,反射系数都有所增大,说明掺杂改善了Mn4Si7的光学性质,从而可以提高光伏发电效率.     

Co,Zn共掺铌酸锂电子结构和吸收光谱的第一性原理研究

利用基于密度泛函的第一性原理的计算方法,研究了Co单掺及Co和Zn共掺LiNbO_3晶体的电子结构和吸收光谱.研究显示,各掺杂体系铌酸锂晶体的带隙均较纯铌酸锂晶体变窄. Co:LiNbO_3晶体禁带宽度为3.32 eV; Co:Zn:LiNbO_3晶体, Zn的浓度低于阈值或达到阈值时,禁带宽度分别为2.87或2.75 eV. Co:LiNbO_3晶体在可见-近红外光波段2.40, 1.58, 1.10 eV处形成吸收峰,这些峰归结于Co 3d分裂轨道的跃迁;加入抗光折变离子Zn~(2+),在1.58, 1.10 eV处的吸收峰增强,可以认为Zn~(2+)与Co~(2+)之间存在电荷转移,使e_g轨道电子减少,但并不影响t_(2g)轨道电子.结果表明,晶体中的Co离子在不同共掺离子下可充当深能级中心(2.40 eV),或可充当浅能级中心(1.58 eV),两种情况下,掺入近阈值的Zn离子均有助于实现优化存储.     

非线性光学晶体硼酸镧钠(Na_3La_9B_8O_(27))的光谱研究

测量了Na3La9B8O27晶体在紫外-可见光-红外波段的透射光谱和反射光谱,分析得到其在上述波段的吸收光谱。在波长400nm~2000nm范围内,透射比超过80%,禁带宽度为3.93eV,没有明显的缺陷和杂质吸收。测量了该晶体在太赫兹波段的时域光谱,分析得到其在上述波段的吸收光谱、折射光谱,且通过光学常数之间的关系,得到其介电常数ε曲线。在0.3~1.5THz内吸收小于10cm-1。在0.3~2.4THz内,介电常熟实部ε1成近似线性递增趋势,介电常熟虚部ε2小于0.03。