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     

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...     

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     

AlN/β-Ga2O3异质结电子输运机制

β-Ga₂O₃具有禁带宽度大、击穿电场强的优点,在射频及功率器件领域具有广阔的应用前景.β-Ga₂O₃(201)晶面和AlN(0002)晶面较小的晶格失配和较大的导带阶表明二者具有结合为异质结并形成二维电子气(twodimensional electron gas,2DEG)的理论基础,引起了众多研究者关注.本文利用AlN的表面态假设,通过求解薛定谔-泊松方程组计算了AlN/β-Ga₂O₃异质结导带形状和2DEG面密度,并将结果应用于玻尔兹曼输运理论,计算了离化杂质散射、界面粗糙散射、声学形变势散射、极性光学声子散射等主要散射机制限制的迁移率,评估了不同散射机制的相对重要性.结果表明,2DEG面密度随AlN厚度的增加而增加,当AlN厚度为6 nm,2DEG面密度可达1.0×10¹³ cm^-2,室温迁移率为368.6 cm²/(V.s).在T<184 K的中低温区域,界面粗糙散射是限制2...     

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.     

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...     

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     

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.     

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.     

本征缺陷对β-Ga2O3光催化性质影响的第一性原理研究

运用第一性原理杂化泛函研究了本征缺陷(O空位和Ga空位)对于β-Ga₂O₃的几何结构和电子性质的影响.计算结构表明:杂化泛函B3LPY能很好的描述β-Ga₂O₃的几何结构和电子结构,能与实验符合.含O缺陷的形成能在富氧和贫氧下分别为4.04和0.92 eV,优于含Ga缺陷的体系.空位缺陷的出现对于理想Ga₂O₃的晶格参数影响不显著,只是在O空位体系中,空位附近Ga-O键长有0.1?变化.含空位缺陷的体系的禁带中都有缺陷能级的出现,含Ga和O空位缺陷的Ga₂O₃的光跃迁能分别为1.93 eV(β自旋)和2.92 eV,有很明显的光吸收的拓展,从理论上解释了Ga₂O₃作为光催化材料的潜在应用.     

磁控溅射功率对β-Ga2O3薄膜特性的影响

近年来,第三代宽禁带半导体材料β-Ga₂O₃受到越来越多的关注,在材料制备、掺杂、刻蚀等方面都有广泛研究.射频磁控溅射是常用的β-Ga₂O₃薄膜制备方法之一,而磁控溅射法制膜往往需要进行退火处理以提高薄膜质量.本文研究溅射功率对射频磁控溅射在C面蓝宝石基底上制备得到的β-Ga₂O₃薄膜特性的影响. X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)表征结果表明,随着溅射功率的增大,半峰宽呈现先增大后减小再增大的趋势,晶粒尺寸变化与之相反.此外,通过积分球式分光光度计,研究了溅射功率对β-Ga₂O₃薄膜光学特性的影响.光学特性方面,薄膜吸光度随着波长的增加,先升高后下降、再升高再下降,最后吸收边在700 nm附近截止,不同溅射功率制备的薄膜吸收光谱都存在两个吸收峰.     

外电场辅助化学气相沉积方法制备网格状β-Ga2O3纳米线及其特性研究

利用外电场辅助化学气相沉积（CVD）方法,在蓝宝石衬底上制备出了由三组生长方向构成的网格状β-Ga₂O₃纳米线.研究了不同外加电压大小对β-Ga₂O₃纳米线表面形貌、晶体结构以及光学特性的影响.结果表明：外加电压的大小对样品的表面形貌有着非常大的影响,有外加电场作用时生长的β-Ga₂O₃纳米线取向性开始变好,只出现了由三组不同生长方向构成的网格状β-Ga₂O₃纳米线;并且随着外加电压的增加,纳米线分布变得更加密集、长度明显增长.此外,采用这种外电场辅助的CVD方法可以明显改善样品的结晶和光学质量.     

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.     

镱铒共掺Al2O3薄膜上转换机理及其温度特性

采用中频磁控溅射法制备了镱铒共掺Al₂O₃薄膜,铒镱掺杂浓度分别为0.3%,3.6%(摩尔分数,全文同).讨论了三价铒离子529nm和549nm光致发光的上转换机理.在291.8—573.3K温度区间测量了两绿上转换光谱荧光强度比的温度特性,拟合表达式为R=5.37exp(-738/T).366 K温度时灵敏度最大,为0.0039 K^-1.结果表明镱铒共掺Al₂O₃薄膜适合作为小型、高温和高灵敏的光学温度传感材料. 关键词： 2O₃薄膜')" href="#">镱铒共掺Al₂O₃薄膜 中频磁控溅射 上转换 荧光强度比     

基于透射光谱确定溅射Al2O3薄膜的光学（已撤稿）

基于反应磁控溅射Al₂O₃薄膜的紫外—可见—近红外透射实验光谱,采用Swanepoel方法结合Wemple-DiDomenico色散模型,方便地导出了Al₂O₃薄膜在200—1100 nm波长范围内的光学常数,包括折射率、色散常数、膜层厚度、吸收系数及能量带隙.研究发现反应磁控溅射Al₂O₃薄膜具有高折射率(1.556— 1.76,测试波长为550 nm)、低吸收和直接能量带隙(3.91—4.20 eV)等光学特性,而且其光学常数对薄膜制备过程中的重要工艺参数——膜层后处理温度表现出强烈的依赖性.此外,在膜层的弱吸收和中等吸收光谱区域内,计算得到的折射率色散曲线与分光光度法的测试结果基本符合,说明本实验中所建立的计算方法在确定反应磁控溅射Al₂O₃薄膜光学常数方面的可靠性. 关键词： 光学常数 Swanepoel方法 2O₃薄膜')" href="#">Al₂O₃薄膜 热处理     

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.     

光学碱度对Tb3+掺杂Bi2O3-B2O3玻璃发光性能的影响

采用熔融法制备了Tb³⁺掺杂的Bi₂O₃-B₂O₃系统玻璃,使用激发、发射及拉曼光谱分析了光学碱度与玻璃结构及发光性能的关系,同时绘制了Tb³⁺、Bi³⁺和Bi²⁺的能级图。研究结果表明：Tb³⁺掺杂的Bi₂O₃-B₂O₃玻璃由[BO₃]、[BiO₃]、[BO₄]及[BiO₆]共同组成,且随着光学碱度由0.63增加到0.93,玻璃的结构逐渐疏松。高的光学碱度使部分Bi³⁺变为Bi²⁺,发出571 nm（²P_3/2（2）→²P_1/2）的光,Bi³⁺→Tb³⁺的能量降低。在光学碱度及Tb³⁺、Bi³⁺和Bi²⁺离子的共同作用下,随着光学碱度的提高,玻璃的发光颜色由黄绿色变为白色。     

Yb3+/Er3+共掺BaGd2O4荧光粉的制备及其上转换发光性质

采用溶胶-凝胶法制备了Yb³⁺/Er³⁺共掺杂BaGd₂O₄上转换荧光粉。研究了退火温度对BaGd₂O₄晶体结构的影响,以及Yb³⁺/Er³⁺共掺杂的BaGd₂O₄荧光粉在971 nm LED激发下,激发密度与上转换发射光功率及效率的关系。研究结果表明,尽管BaGd₂O₄与目前报道效率最高的Yb³⁺/Er³⁺共掺杂BaGd₂ZnO₅基质的最高声子能量相同,但光-光转换效率却相差82倍,极值量子效率相差7.8倍。结论认为,在声子能量不是很高的情况下,材料结构是影响上转换效率的主要因素。     

PuO2和α-Pu2O3光学性质的经验势模拟

用GULP程序拟合出α-Pu₂O₃的Pu-O作用BMH经验势参数.结合氧离子壳模型势,运用分子静力学和动力学计算出PuO₂和α-Pu₂O₃理想晶体的结构参数和光学性质.结果显示：它们的空间群、晶胞参数、密度和熵等,与文献报道值接近,相对误差均小于1.2%;并计算出PuO₂和α-Pu₂O₃的高频和静态介电张量、红外介电函数谱、晶格振动 关键词： 2')" href="#">PuO₂ 2O₃')" href="#">α-Pu₂O₃ 光学性质     

Li嵌入对V2O5电子结构及光学性质的影响

采用第一性原理局域密度近似法计算了V₂O₅的电子态密度和能带结构以及Li嵌入后对其电子结构和光学性质的影响。计算结果表明,V₂O₅是间接带隙半导体,Li的嵌入并没有改变其电子的跃迁方式。但Li的嵌入使得V₂O₅导带能量下移,禁带宽度减小,导带中原有的劈裂被分裂的能级填满;同时致使价带出现展宽。电子态密度计算结果表明Li的嵌入对临近的O和V的电子结构有较大的影响。Li2s电子的注入提高了V₂O₅的费米能级并导致其进入导带。由于价带中的电子只能跃迁到费米能级以上的导带空能级,这致使体系实际的光学带隙增大。同时随着Li注入量的进一步增加,价带的展宽更为明显,费米能级亦呈升高的趋势,使得光学带隙随着Li注入量的增加而增大。