Co掺杂β-Ga2O3的电学性质和电荷转变能级的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Co掺杂β-Ga₂O₃体系的电学性质和转变能级.研究发现,Co原子代替Ga原子后会导致电子结构发生显著变化.利用杂化泛函(HSE06)计算了体系的能带结构,发现随着Co掺杂浓度增加,β-Ga₂O₃禁带宽度逐渐减小,增加化合物对光的吸收,增强它们的光学性能和载流子输运能力.在β-Ga₂O₃体系的四面体格位掺入Co原子,将引入了4.00μ_B的磁矩,磁矩主要来源于Co原子.通过对电子局域函数的分析,可知,Ga, Co和O原子之间是共价键和离子键共同结合.在富镓的条件下,1×3×2超胞模型下,Co掺杂会形成浅受主杂质能级.     

Cu-N共掺β-Ga2O3的光电性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论,本文通过OTFG赝势方法计算了本征β-Ga₂O₃以及Cu-N共掺后β-Ga₂O₃的晶格常数、电子结构以及光学特性.计算结果表明本征β-Ga₂O₃的禁带宽度为4.5 eV;Cu和N掺入β-Ga₂O₃后属于受主杂质,并且引入了深受主能级,这表明Cu-N共掺后β-Ga₂O₃变为p型半导体材料;光学性质计算结果表明本征β-Ga₂O₃的静介电函数为2.5,掺杂后β-Ga₂O₃的静介电函数增大,对电荷的存储能力增强;此外,Cu-N的共掺对β-Ga₂O₃的吸收系数、反射率在能量较低的区域的影响较大,而对能量较高的区域影响较小.     

Si掺杂β-Ga2O3的第一性原理计算与实验研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势(USPP)法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了本征β-Ga₂O₃和Si掺杂β-Ga₂O₃的能带结构、电子态密度、差分电荷密度和光学特性. 在蓝宝石衬底(0001)晶面上用脉冲激光沉积(PLD)法制备了本征β-Ga₂O₃和Si掺杂β-Ga₂O₃薄膜, 测量了其吸收光谱和反射光 关键词： 第一性原理 超软赝势 密度泛函理论 2O₃')" href="#">Si掺杂β-Ga₂O₃     

氧流量对热蒸发CVD法生长β-Ga2O3纳米材料的结构及发光特性的影响

用热蒸发CVD法制备了β-Ga₂O₃纳米材料, 并用光致发光(PL)方法研究了其发光特性. Ｘ射线衍射分析显示, 产物为单斜结构的β-Ga₂O₃. 扫描电子显微镜测试表明: 在较小氧流量条件下制备的产物为β-Ga₂O₃纳米带, 宽度小于100nm, 长度有几微米; 较大氧流量时制备出β-Ga₂O₃纳米晶粒结构, 晶粒尺度在80—15 关键词： 光致发光 氧流量 纳米结构 2O₃')" href="#">Ga₂O₃     

常压MOCVD生长Ga2O3薄膜及其分析

以去离子水(H₂O)和三甲基镓(TMGa)为源材料,用常压MOCVD方法在蓝宝石(0001)面上生长出β-Ga₂O₃薄膜.用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)以及二次离子质谱(SIMS)实验表征Ga₂O₃外延膜的质量.在X射线衍射谱中有一个强的Ga₂O₃(102)面衍射峰,其半峰全宽(FWHM)为0.25°,表明该Ga₂O₃外延膜是(102)择优取向.在二次离子质谱中除了C、H、O和Ga原子外,没有观测到其他原子.     

Lu-Eu共掺杂Ga2O3的光电性质的第一性原理计算

宽禁带半导体β-Ga₂O₃因为具有优良的物理化学性能而成为研究热点.本文基于DFT(Density Functional Theory)的第一性原理方法,先采用PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)中的GGA(Generalized Gradient Approximation)和GGA+U(Generalized Gradient Approximation-Hubbard U)的方法计算了本征β-Ga₂O₃,Lu掺杂浓度为12.5%的β-Ga₂O₃及Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga₂O₃结构的晶格常数、能带结构和体系总能量.发现采用GGA+U的方法计算的带隙值更接近实验值,于是采用GGA+U的方法计算了本征β-Ga₂O₃,Lu掺杂的β-Ga₂O₃以及Lu-Eu共掺杂的β-Ga₂O...     

四方相BaTiO3缺陷性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了BaTiO₃在四方相下的各种缺陷性质.计算结果表明,在富氧环境下,钛的中性氧空位、分肖特基缺陷2V^3-_Ti+3V²⁺_O形成能分别为最低;而当体系处在还原环境下时,氧空位逐渐成为主要缺陷,其形成能最低.由于四方相下存在较强的Ti—O键共价杂化,四方相下全肖特基缺陷V^2-_Ba关键词： 缺陷 第一性原理 3')" href="#">BaTiO₃     

引入籽晶层的物理溅射生长Ga2O3外延薄膜特性研究

氧化镓(Ga₂O₃)薄膜在功率器件以及紫外探测等领域中具有重要的应用潜力,而实现高质量薄膜制备则是其中的关键.本文在蓝宝石衬底上物理溅射生长外延Ga₂O₃层,因采用引入籽晶层的方法提供了人为成核点而使得外延层结晶质量获得明显改善.实验发现该外延层薄膜的生长中随着功率增加,晶粒团聚到一定尺寸后出现裂解现象.这一物理机制归因于大功率下溅射粒子在生长晶面上扩散携带的能量过大导致粒子碰撞次数增多.文中生长的外延层为(201)晶面取向的β型Ga₂O₃薄膜,厚度在202.4-292.3 nm之间,薄膜在450—800 nm范围可见光波段的透射率约为90%,吸收边随着功率的增加先蓝移后红移,带隙约为4.81—4.96 eV.光致发光光谱分析表明,该外延层薄膜在460 nm处产生蓝色发光.本文发现溅射功率为160 W时引入籽晶层生长的β-Ga₂O₃薄膜具有最佳的结晶质量,这一方法将为高质量β-Ga₂O     

氧化镓微晶薄膜制备及其日盲深紫外探测器

采用射频磁控溅射技术和热退火技术在石英衬底上制备了微晶态Ga₂O₃薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见-红外分光光度计(UV-Vis-IR)以及X射线光电子能谱仪(XPS)等手段对薄膜结构、光学特性以及化学组分进行了系统研究。结果表明,制备的Ga₂O₃薄膜呈非晶态,退火处理后,薄膜由非晶态转变为含β相Ga₂O₃的微晶薄膜,随退火温度升高,薄膜内部微晶成分不断增加,但最终在石英衬底上制备的薄膜并未全部转换成全晶态薄膜(β-Ga₂O₃)。基于非晶和微晶Ga₂O₃薄膜制备了金属-半导体-金属(MSM)结构的日盲深紫外探测器,发现非晶Ga₂O₃薄膜基器件表现出更高的光响应,而微晶Ga₂O₃薄膜基器件则具有更低的暗电流和更快的响应速度。     

RE2O3 (RE = Lu, Y, Sc)的氧空位第一性原理计算研究

本研究选择三个电子结构类似的稀土倍半氧化物RE₂O₃(RE=Lu, Y,Sc),建立适当的模型通过第一性原理计算,研究氧空位对体系的电子结构的影响.本研究以密度泛函理论(DFT)为基础,利用PBE泛函加U值修正计算了纯稀土倍半氧化物的能带结构.计算结果表明三种基体材料RE₂O₃的能带结构相似.在引入氧空位后,其增加的缺陷能级数目不同,依次为:Sc₂O₃2O₃2O₃.     

薄膜厚度对射频磁控溅射β-Ga2O3薄膜光电性能的影响

本文在室温下利用射频磁控溅射技术在(001)蓝宝石衬底上制备了不同厚度的β-Ga₂O₃薄膜,随后将其置于氩气气氛中800℃退火1 h.利用XRD,SEM,UV-Vis分光光度计、PL光致发光光谱仪和Keithley 4200-SCS半导体表征系统等考察薄膜厚度对所得氧化镓薄膜相组成、表面形貌、光学性能以及光电探测性能的影响.结果表明,随着薄膜厚度的增加,薄膜结晶质量提高,840 nm薄膜最佳,1050 nm薄膜结晶质量略有降低.不同厚度β-Ga₂O₃薄膜在波长200—300 nm日盲区域内均具有明显的紫外光吸收,禁带宽度随着薄膜厚度的增加而增加.PL谱中各发光峰峰强随着薄膜厚度的增加而减小,表明氧空位及其相关缺陷受到抑制.在β-Ga₂O₃薄膜基础上制备出日盲紫外光电探测器的探测性能(光暗电流比,响应度,探测率,外量子效率)也随薄膜厚度的增加呈先增后减的趋势.厚度约为840 nm的β-Ga₂O₃紫外光电探测器,在5...     

热原子层沉积钛掺杂氧化镓薄膜的光学性能

在250℃的低温下，以三甲基镓、四(二甲氨基)钛为前躯体源，O₃为反应气体，采用热原子层沉积制备了Ti掺杂Ga₂O₃(TGO)薄膜。Ga₂O₃和TiO₂的生长速率分别为0.037 nm/cycle和0.08 nm/cycle,TGO薄膜厚度低于理论计算值。X射线光电子能谱仪测试结果表明膜中Ti浓度随Ga₂O₃/TiO₂循环比减少而增加，O 1s、Ga 2p和Ti 2p的峰位置向较低的结合能移动，这是因为Ti原子取代了Ga原子的某些位点引起了结合能降低，表明Ti元素成功掺杂到Ga₂O₃薄膜中。TiO₂和Ga₂O₃的芯能级光谱分析表明薄膜中存有Ti⁴⁺和Ga³⁺离子。TGO薄膜的O 1s芯能级光谱中Ga-O键随着Ti-O键含量增加而下降，表明T...     

Electronic structures and optical properties of Zn-doped β-Ga2O3 with different doping sites

<正>The electronic structures and optical properties of intrinsicβ-Ga₂O₃ and Zn-dopedβ-Ga₂O₃ are investigated by first-principles calculations.The analysis about the thermal stability shows that Zn-dopedβ-Ga₂O₃ remains stable. The Zn doping does not change the basic electronic structure ofβ-Ga₂O₃,but only generates an empty energy level above the maximum of the valence band,which is shallow enough to make the Zn-dopedβ-Ga₂O₃ a typical p-type semiconductor.Because of Zn doping,absorption and reflectivity are enhanced in the near infrared region.The higher absorption and reflectivity of Zn_Ca（2） than those of Zn_Ca（1）are due to more empty energy states of Zn_Ca（2）than those of Zn_Ca（1） near E_f in the near infrared region.     

单原子Al修饰空位缺陷V2C（MXene）对H2气体表面吸附的第一性原理研究

基于第一性原理计算方法,对含空位缺陷的V₂C(MXene)在不同位点修饰单原子Al的相关性能进行系统研究.研究表明,几何优化后得到含空位缺陷的V₂C稳定结构表面能为-3075.53 J/m²,单原子Al修饰本征V₂C单原子的吸附能为1.5511eV、单原子Al修饰空位缺陷V₂C的吸附能为-2.0763 eV,这表明含空位缺陷的V₂C,由于单原子Al的修饰可以明显改善晶体结构稳定性.进一步从态密度、分波态密度、吸氢能力研究发现,各体系态密度和分波态密度均出现分波越过费米能级的现象,表现出较强的金属性;V₂C吸附H₂气体分子吸附能为-7.5867 eV,而空位缺陷V₂C和单原子Al修饰空位缺陷V₂C两个体系对H₂气体分子的吸附能仅为-0.9851 eV、-2.7130 eV,均未能进一步改善V₂C对H₂气体分...     

第一性原理对GanPm小团簇的结构及稳定性的研究

利用密度泛函理论（DFT）对Ga_nP和Ga_nP₂ (n=1—7)团 簇的几何结构、电子态及稳定 性进行了研究. 在B3LYP/6-31G^*水平上进行了结构优化和频率分析，得到了Ga _nP和Ga_nP₂(n=1—7) 团簇的基态结构. 结果表明，n≤ 5团簇的几何结构基本上为平面结构，n ＞ 5的团簇均为立体结构；在Ga_nP₂ (n=1—6)团簇中，P-P比Ga-P容易 成键；在Ga_nP和G a_nP₂ (n=1—7) 团簇中，Ga₃P, Ga₄P, Ga P₂, Ga₂P₂ 和 Ga₄P₂的基态结构最稳定，在所研究的团簇中，稳定性随团簇总原 子数的增大而减小. 关键词： nP_m团簇')" href="#">Ga_nP_m团簇 密度泛函理论（DFT） 几何结构 电子态     

后退火时间对磁控溅射制备β-Ga2O3薄膜材料的影响

第三代半导体β-Ga₂O₃因其优异的性质在近年来备受国内外的关注,而获得质量较好的β-Ga₂O₃薄膜也就成了其广泛应用的关键.本文采用射频磁控溅射方法,以C面蓝宝石(Al₂O₃)为衬底制备β-Ga₂O₃薄膜,并研究后退火工艺中退火时间对制得的β-Ga₂O₃薄膜材料的影响. XRD和AFM表征结果表明,随着退火时间的增加,薄膜的衍射峰强度表现为先增大后减小再增大的特性,半峰宽为先增大后减小,而晶粒尺寸与半峰宽相反;薄膜表面粗糙程度呈现先下降后上升的趋势.另外,利用积分球式分光光度计测试了薄膜的光学特性,结果表明薄膜的吸收光谱存在两个吸收峰值,分别位于250 nm和300 nm附近处,在深紫外区域有较好的吸收特性.     

金属有机物化学气相沉积法生长Ga2（1-x）In2xO3薄膜的结构及光电性能研究

采用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）法在蓝宝石（0001）衬底上制备出了Ga_2（1-x）In_2xO₃（x=01—09）薄膜,研究了薄膜的结构、电学和光学特性以及退火处理对薄膜性质的影响.测量结果表明：当In组分x=02时,样品为单斜β-Ga₂O₃结构;x=05的样品,薄膜呈现非晶结构,退火处理后薄膜结构得到明显的改善 关键词： 金属有机物化学气相沉积 2（1-x）In_2xO₃薄膜')" href="#">Ga_2（1-x）In_2xO₃薄膜 蓝宝石衬底 退火     

Si，Ge，Zr和Sn掺杂SrTiO3的电子结构和光催化性能第一性原理研究

使用QUANTUM ESPRESSO(QE)软件包实现的密度泛函理论研究了Si, Ge, Zr和Sn掺杂SrTiO₃的结构,电子结构和光催化性能.使用广义梯度近似(GGA)获得SrTiO₃的晶格常数与先前的实验数据非常一致.同时,获得了SrTi_0.875X_0.125O₃(X=Si, Ge, Zr, Sn)四种掺杂体系的晶格常数. SrTiO₃和SrTi_0.875X_0.125O₃(X=Si, Ge, Zr, Sn)四种掺杂的带隙值分别1.853 eV、1.849 eV、1.916 eV、1.895 eV和1.925 eV.在研究五种SrTiO₃体系的光催化性能时,采用剪刀算符对五种SrTiO₃体系的带隙值进行修正.计算本征SrTiO₃和SrTi_0.875X_0.125O₃     

FeOx上AsH3吸附净化的密度泛函研究

基于密度泛函理论研究了AsH₃和O₂分子在α-Fe₂O₃(001)表面和FeO(100)表面的吸附及共吸附性质.结果表明：AsH₃和O₂分子在α-Fe₂O₃(001)表面最稳定的吸附构型都是Hollow吸附位点. AsH₃分子在FeO(100)表面最稳定的吸附位点为Top O吸附位点. O₂分子在FeO(100)表面最稳定的吸附位点为Hollow吸附位点. O₂分子在α-Fe₂O₃(001)和FeO(100)表面吸附后均被活化从而促进AsH₃分子的催化氧化. AsH₃分子在α-Fe₂O₃(001)表面最小的吸附能为-0.7991 eV,在FeO(100)表面最小的吸附能为-0.9117 eV.吸附值数据表明AsH     

Zn吸附到含有氧空位(VO)以及羟基(-OH)的锐钛矿相TiO2(101)表面电子结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法, 计算了Zn吸附到TiO₂(101)清洁表面、含有氧空位(V_O)的缺陷表面以及既含有氧空位(V_O)又含有羟基(-OH)表面的能量、Mulliken重叠布居数以及电子结构, 并找到了Zn在每种表面的最稳定结构(分别为模型(c), 模型(aI)以及模型(aII)). 通过对三种表面稳定结构的分析、对比发现: 首先, Zn原子吸附到清洁TiO₂(101)表面上, 主要与表面氧相互作用, 形成Zn–O共价键; 其次, 当Zn原子吸附到缺陷表面时, 吸附能减小到-1.75 eV, 说明Zn更容易吸附到氧空位上(模型(aI)); 最后, 纵观表面模型的能带结构以及态密度图发现, -OH的引入并没有引进新的杂质能级, Zn吸附此表面, 即Zn-TiO₂-V_O-OH, 使得禁带宽度缩短到最小(1.85 eV), 从而有望提高TiO₂的光催化活性. 关键词： 密度泛函理论 氧空位 羟基 Zn原子