SO_2和NO_2在γ-Al_2O_3(110)表面吸附的第一性原理计算

采用基于平面波基组的Vienna Ab-initio Simulations Package (VASP)程序研究了SO_2和NO_2在γ-Al_2O_3(110)表面和羟基化γ-Al_2O_3(110)表面的吸附,获得了SO_2和NO_2吸附的不同构型和结构参数.对吸附能,电荷转移,差分电荷密度和投影态密度等进行分析和讨论.对比发现,在γ-Al_2O_3(110)表面SO_2的吸附能力强于NO_2.SO_2或NO_2在非羟基化γ-Al_2O_3(110)表面吸附时O原子的2p轨道和Al原子的3s3p轨道作用形成O-Al键,且SO_2吸附时键结强度高于NO_2.NO_2吸附时费米能级以下有部分反键态,削弱了与γ-Al_2O_3(110)表面相互作用.在羟基化γ-Al_2O_3(110)表面SO_2或NO_2的吸附能力会低于非羟基化表面,但是SO_2的吸附能力依旧强于NO_2.计算结果说明SO_2与γ-Al_2O_3(110)表面的相互作用强于NO_2.以上研究,将有助于理解SO_2和NO_2在γ-Al_2O_3的反应性,为进一步研究它们的非均相转化和在灰霾形成中的促进作用奠定基础.     

Theoretical study of ZnO adsorption and bonding on Al_2O_3(0001) surface

Sapphire (α-Al2O3) and silicon (Si) are widely applied as the substrates of the highquality ZnO thin films prepared by pulse laser deposition (PLD) and molecule beamepitaxy (MBE) technology. The adhesion, diffusivity, and bonding of the particles on thesubstrates play a significant role in the forming and initial growing of nucleation for filmgrowth, and directly influence the quality of the entire thin films[1]. No sufficient studiesand experiments are available on the surface atomic str…     

α-Al2O3(0001)基片表面结构与能量研究

对α-Al2O3(0001)晶体表层三种不同终止原子结构的计算模型,在三维周期边界条件下的κ空间中,采用超软赝势平面波函数描述多电子体系.应用基于密度泛函理论的局域密度近似,计算了不同表层结构的体系能量,表明最表层终止原子为单层Al的表面结构最稳定.对由10个原子组成的菱形原胞进行了结构优化,得到晶胞参数值(a0＝0.48178nm)与实验报道值误差小于1.3%.进一步计算了超晶胞(2×2)表面弛豫,弛豫后原第2层O原子层成为最表层; 对不同表层O,Al原子最外层电子进行了布居分析,表面电子有更大的概率被定域在O原子的周围,表面明显地表现出O原子的电子表面态.     

TiO2分子在GaN(0001)表面吸附的理论研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法,计算了TiO₂分子在GaN(0001)表面的吸附成键过程、吸附能量和吸附位置. 计算结果表明不同初始位置的TiO₂分子吸附后,Ti在fcc或hcp位置,两个O原子分别与表面两个Ga原子成键,Ga-O化学键表现出共价键特征,化学结合能达到7.932-7.943eV,O-O连线与GaN[1120]方向平行,与实验观测(100)[001] TiO₂//(0001)[1120]GaN一致. 通过动力学过程计算分析,TiO₂分子吸附过程经历了物理吸附、化学吸附与稳定态形成的过程,稳定吸附结构和优化结果一致. 关键词： GaN(0001)表面 2分子')" href="#">TiO₂分子 密度泛函理论 吸附     

温度对ZnO/Al2O3(0001)界面的吸附、扩散及生长初期模式的影响

构建了一个ZnO沉积在α-Al2O3(0001)表面生长初期的模型,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法进行了动力学模拟.发现在400,600和800℃的条件下界面原子有不同的扩散能力,因此温度对ZnO/α-Al2O3(0001)表面界面结构以及ZnO薄膜生长初期模式有决定性的影响.在整个ZnO吸附生长过程中,O原子的扩散系数大于Zn原子的扩散系数,O原子的层间扩散对薄膜的均匀生长起着重要作用.进一步从理论计算上证实了ZnO在蓝宝石(0001)上两种生长模式的存在,400℃左右生长模式主要是Zn螺旋扭曲生长,具有Zn六角平面对称特征,且有利于Zn原子位于最外表面.600℃左右呈现为比较规则的层状生长,且有利于O原子位于最外表面.模拟观察到在ZnO薄膜临近Al2O3基片表面处,Zn的空位缺陷明显多于O的空位缺陷.     

动力学研究AlN/α-Al2O3(0001)薄膜生长初期的吸附与扩散

采用基于第一性原理的从头计算分子动力学方法,计算了300-800℃下AlN吸附过程与系统能量、动力学轨迹以及扩散系数.研究表明,吸附过程由物理吸附、化学吸附和表面稳定态三个阶段组成,在吸附成键过程中,温度越高,粒子平均表面扩散能力增强.N原子的扩散系数大于Al原子的扩散系数,尤其是在物理吸附阶段.在较高温度条件下(大于700℃),N的解吸附作用明显增强,不利于AlN的稳定吸附生长,500-700℃之间的温度有利于AlN在α-Al2O3(0001)表面的稳定吸附生长.     

α-Al2O3(0001)基片表面结构与能量研究

对α-Al₂O₃(0001)晶体表层三种不同终止原子结构的计算模型， 在三维周期边界条件下 的κ空间中，采用超软赝势平面波函数描述多电子体系.应用基于密度泛函理论的局域密度 近似，计算了不同表层结构的体系能量，表明最表层终止原子为单层Al的表面结构最稳定. 对由10个原子组成的菱形原胞进行了结构优化，得到晶胞参数值(a₀＝0.48178n m)与实验 报道值误差小于1.3%.进一步计算了超晶胞(2×2)表面弛豫，弛豫后原第2层O原子层成为最 表层； 对不同表层O，Al原子最外层电子进行了布居分析，表面电子有更大的概率被定域在 O原子的周围，表面明显地表现出O原子的电子表面态. 关键词： 2O₃(0001)')" href="#">α-Al₂O₃(0001) 超软赝势 表面结构 表面态     

温度对ZnO/Al2O3(0001)界面的吸附、扩散及生长初期模式的影响

构建了一个ZnO沉积在α-Al₂O₃(0001)表面生长初期的模型，采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法进行了动力学模拟.发现在400，600和800℃的条件下界面原子有不同的扩散能力，因此温度对ZnO/α-Al₂O₃(0001)表面界面结构以及ZnO薄膜生长初期模式有决定性的影响.在整个ZnO吸附生长过程中，O原子的扩散系数大于Zn原子的扩散系数，O原子的层间扩散对薄膜的均匀生长起着重要作用.进一步从理论计算上证实了ZnO在蓝宝石(0001)上两种生长模式的存在，400℃左右生长模式主要是Zn螺旋扭曲生长，具有Zn六角平面对称特征，且有利于Zn原子位于最外表面.600℃左右呈现为比较规则的层状生长，且有利于O原子位于最外表面.模拟观察到在ZnO薄膜临近Al₂O₃基片表面处，Zn的空位缺陷明显多于O的空位缺陷. 关键词： 扩散 薄膜生长 2O₃(0001)')" href="#">α-Al₂O₃(0001) ZnO     

甲氧基在Ir(111)表面吸附的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理和周期平板模型相结合的方法,对甲氧基在Ir(111)表面top, bridge, fcc和hcp位的吸附模型进行了构型优化、能量计算、Mulliken电荷布居分析以及差分电荷密度计算。结果表明,甲氧基通过氧原子与金属表面相互作用时,垂直吸附在fcc位是最有利的吸附构型,吸附能为2.26 eV,此时电子从金属表面向甲氧基转移。吸附过程中C-O键振动频率发生红移,表明在该表面C-O键容易被活化。结合差分电荷密度分析表明,吸附时CH3O中氧的2p原子轨道和铱的dz2原子轨道相互作用形成σ键。     

温度对α-Al2O3(0001)表面吸附生长ZnO影响的DFT研究

用密度泛函理论的甲面波赝势法对 ZnO 在α-Al_2O_3(0001)表面吸附生长进行了动力学计算.400、600、800℃时,平均每个 ZnO 的吸附能分别为4.16±0.08、4.25±0.11、4.05±0.23eV.温度对 ZnO/α- Al_2O_3(0001)界面有显著影响.400℃的 ZnO 的吸附生长中未出现 Zn 六角对称的偏转,计算得到 ZnO[10(?)0]明显平行于基片[10(?)0], 该温度有利于最外层为 Zn 原子的薄膜表面.600℃的 ZnO 吸附生长过程中存在两种表面结构,一种是表面原子终止于 Zn,ZnO 薄膜[10(?)0]//基片[10(?)0]；另一种结构是表面原子终止于 O,ZnO 薄膜[10(?)0]//基片[11(?)0],这两种表面结构有大约1.6eV 的能垒,后者更稳定.因此,600℃左右是蓝宝石上生长 ZnO 薄膜的理想温度,有利于形成 Zn-O-Zn-O-Zn-O 双层为单元的纤锌矿结构.该温度下,Zn-O 平均键长为0.190±0.01nm,其 ELF 值表明(基片)O-Zn-O 具有明显的共价键特征,而(Zn)O-Al(基片)表现出明显的离子健特征.800℃下,基片表面 Al、O 原子离解导致表面界面结构混乱,没有出现 Zn 六角对称结构.     

TL, OSL, and phototransferred TL in beta-irradiated anion-defective Al2O3

The behavior of TL, OSL and PTTL under thermal and/or optical stimulation in beta-irradiated -Al₂O₃ was investigated. The noticeable change of the shape of the main TL peak after thermal or optical stimulation clearly shows that this peak is related to at least two traps. The OSL curves recorded after preheating up to a given increased end temperatures are described by two exponential decays curves. The first one is associated to the decay of the traps responsible for the main TL peak. The second exponential is related with the phototransfer from the deep to the main traps. A simple model of the OSL process, based on simultaneous refilling of shallow traps and their reverse filling due to phototransfer from deep traps, under illumination with light is proposed. The model describes well the obtained experimental data.     

钙钛矿(C6H5CH2NH3)2PbBr4拉曼光谱研究

运用激光拉曼光谱实验和密度泛函理论计算研究了450～1 700 cm-1光谱范围内有机-无机杂化钙钛矿材料(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄的振动模式特性。对比实验所得拉曼光谱和理论计算所得拉曼光谱,发现密度泛函理论计算可以很好的模拟(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄有机部分的分子振动模式。同时通过比较分析密度泛函理论计算和参考文献,对450～1 700 cm-1光谱范围内的拉曼峰的分子振动模式进行了初步的归属,并发现该光谱范围内的拉曼峰主要是由(C₆H₅CH₂NH₃)₂PbBr₄分子中有机部分振动所产生的。     

NH3在TaC(0001)表面吸附和解离的第一性原理研究

采用自旋极化密度泛函理论(DFT)并结合周期平板模型的方法,研究了NH₃在TaC表面的吸附和分解反应机理.表面能计算结果显示,以Ta为终止的TaC(0001)面为最稳定的表面;NH₃分子通过其孤对电子优先吸附在顶位top位,而NH₂和H最稳定吸附位置为三重hcp位,NH和N吸附在三重fcc位.过渡态结果表明氮原子的复合反应脱附为整个反应的限速步骤.电子结构计算结果表明,NH3分子及其片段通过其N原子的2p_z轨道与底物Ta的5d_z2轨道混合吸附于表面.随着脱氢反应的进行,电荷转移现象变得逐渐明显,吸附质和底物之间的电荷转移在加速NH₃脱氢催化过程中发挥重要作用.     

Si(100)和蓝宝石(0001)衬底上3C-SiC的Raman研究

单晶Si和蓝宝石(0001)是两种重要的3C-SiC异质外延衬底材料，然而，由于Si及蓝宝石和3C-SiC之间大的晶格失配度和热膨胀系数失配度，在3C-SiC中会产生很大的内应力，直接影响3C-SiC的电学特性。Raman散射测试是一个功能很强的测试方法，其强度、宽度、Raman位移等有关Raman参数可以给出有关SiC晶体质量的信息，其中包括内应力。利用背散射几何构置的Raman方法研究了Si(100)和蓝宝石(0001)村底上LPCVD方法生长的SiC外延薄膜，在生长的所有样品中均观察到了典型的3C-SiC的TO和LO声子峰，在3C-SiC／Si材料中，这两个声子峰分别位于970．3cm-l和796．0cm-1，在3C-SiC／蓝宝石材料中，分别位于965．1cm^-1和801．2cm-1，这一结果表明这两种外延材料均为3C-SiC晶型。利用一个3C-SiC自由膜作为无应力标准样品,并根据3C-SiC／Si和3C-SiC／蓝宝石的TO和LO声子峰Raman位移相对于自由膜的移动量，得到3C-SiC中的内应力约分别为1GPa和4GPa。实验发现在这两种材料的TO声子峰的Raman位移移动方向相反，通过比较3C-SiC、Si和蓝宝石的热膨胀系数，预期Si衬底上的3C-SiC外延膜受到的应力为张应力，而蓝宝石衬底上3C-SiC受到的应力则为压应力。     

Investigation of a 4H-SiC metal-insulation-semiconductor structure with an Al2O3/SiO2 stacked dielectric

Atomic layer deposited(ALD) Al2O3 /dry-oxidized ultrathin SiO2 films as a high-k gate dielectric grown on 8°off-axis 4H-SiC(0001) epitaxial wafers are investigated in this paper.The metal-insulation-semiconductor(MIS) capacitors,respectively with different gate dielectric stacks(Al2O3/SiO2,Al2O3,and SiO2) are fabricated and compared with each other.The I-V measurements show that the Al2O3/SiO2 stack has a high breakdown field(≥12 MV/cm) comparable to SiO2,and a relatively low gate leakage current of1×10-7A/cm2 at an electric field of4 MV/cm comparable to Al2O3.The 1-MHz high frequency C-V measurements exhibit that the Al2O3/SiO2 stack has a smaller positive flat-band voltage shift and hysteresis voltage,indicating a less effective charge and slow-trap density near the interface.     

正磷酸盐晶体Ba3(PO4)2和Sr3(PO4)2高温拉曼光谱研究

测量了碱土金属正磷酸盐Ba₃(PO₄)₂和Sr₃(PO₄)₂常温及高温拉曼光谱, 对拉曼振动模式进行指认, 并分析了晶体拉曼振动光谱及晶体结构在高温下的变化. 在温度升高的过程中, 拉曼振动频率向低频移动且振动峰宽度展宽, 晶体中的P-O平均键长随温度升高而变长, 但O-P-O的键角并未发生变化. 晶体在900 ℃以下无结构相变发生. 关键词： 3(PO₄)₂和Sr₃(PO₄)₂')" href="#">Ba₃(PO₄)₂和Sr₃(PO₄)₂ 高温拉曼光谱 振动模式 高温结构     

H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上吸附和解离的密度泛函理论研究

利用密度泛函理论研究了0.25单层(ML),0.5ML,0.75ML和1ML吸附率下H2O在SrTiO3-(001)TiO2表面上的吸附行为.比较了不同吸附率下分子吸附和解离吸附的稳定性,利用微动弹性带(nudged elastic band)方法计算了H2O的解离势垒.结果表明:在低吸附率(0.25ML和0.5ML)时,H2O表现为解离吸附;在0.75ML吸附率下,分子吸附和解离吸附同时存在;而在全吸附(吸附率为1ML)时,分子吸附更稳定.基于对H2O分子与表面之间以及H2O分子之间的电荷转移和相互作用的分析,讨论了吸附率对H2O吸附和解离的影响.