半导体电子态理论简介(Ⅲ)

四、非晶态半导体 非晶态半导体属于无序系统的物质.无序系统包括固溶体、非晶体、准晶体等,它们都不存在晶体的平移对称性.固溶体的特点是结构有序、组分无序.非晶体的特点是短程有序,长程(结构)无序.准晶体的特点是短程有序,长程部分有序,有点群对称性但无平移对称性、无序的分布都是随机的.与有序系统相比,无序系统有一些新的特点,例如局域化. 关于局域化问题,常用紧束缚方法来讨论,哈密顿量其中　　是原子态　的能量,V是原子间的相互作用能量.对于晶体,　　是常数.如果晶体是三维简单立方,则它的能带(取　　=0)为态密度如图 11(a)所示,…     

α-SiC“非汉字符号”表面结构的第一性原理计算

用全势缀加平面波方法(FPLAPW)计算了αSiC及其非极性(1010)表面的原子与电子结构.计算出的αSiC晶体结构参量:晶格常量和体积弹性模量与实验值符合得很好.用平板超原胞模型来计算αSiC(1010)表面的原子与电子结构,结果表明表面顶层原子发生键长收缩并扭转的弛豫特性,表面阳离子Si,C向体内方向发生不同程度的位移.表面重构的机理为Si,C原子由原来的sp3杂化方式退化为sp2杂化,与其三配位异种原子近似以平面构型成键.另外,表面弛豫实现表面由半金属性至半导体性的转变     

α-SiC (1010)表面结构的第一性原理计算

用全势缀加平面波方法（FPLAPW）计算了α-SiC及其非极性（101^-0）表面的原子与电子结构。计算出的α-SiC晶体结构：晶格常量和体积弹性模与实验值符合得很好。用平板超原胞模型来计算α-SiC（101^-0）表面的原子与电子结构，结果表明表面顶层原子发生键长收缩并扭转的弛豫特性，表面阳离子Si,C向体内方向发生不同程度的位移。表面重构的机理为Si,C原子由原来的sp^3杂化方式退化为sp^2杂化，与其三配位异种原子近似以平面构型成键。另外，表面弛豫实现表面由半金属性至半导体性的转变。     

纳米一维双原子晶体颗粒的原子均方位移和均方速度

应用作者与合作者已导出的纳米一维双原子晶体颗粒的位移-位移格林函数,推导了纳米一维双原子晶体颗粒的速度-速度格林函数,并在此基础上,应用涨落-耗散定理,推导了纳米一维双原子晶体颗粒的原子均方位移公式和原子均方速度公式.数值计算表明,纳米晶体颗粒表面原子的均方位移大于内部的原子均方位移,而表面原子的均方速度小于内部原子的均方速度;当纳米颗粒尺寸减小时,表面原子的均方位移和内部原子的均方位移都减小,而表面原子的均方速度和内部原子的均方速度几乎不发生变化;温度增大时,纳米晶体颗粒中各原子的均方位移和均方速度都增大,在高温极限,各原子的均方位移和均方速度与温度成正比.     

散射理论方法应用于重构的β-SiC(100)表面

用Ｐｏｌｍａｎｎ散射理论方法分别计算了理想的和（２×１）重构的β-ＳｉＣ（１００）表面带结构以及层和原子轨道态密度．结果表明，重构的主要影响发生在禁区内，重构的Ｓｉ和Ｃ截断表面都具有半导体性，并且得到的表面带与实验相符．由二聚原子的成键和悬挂键的局域态密度定性地解释了二聚Ｓｉ原子的非对称性和二聚Ｃ原子的对称性     

Cu 表面性质的第一性原理分析

采用第一性原理赝势平面波方法, 计算并详细分析了面心立方Cu晶体及其 (100), (110) 和 (111) 这3个低指数表面的原子结构、 表面能量及表面电子态密度. 表面能的计算结果表明, Cu (111) 表面的结构稳定性最好, Cu (100) 表面次之, Cu (110)表面的结构稳定性最差. 3个表面的表面原子弛豫量随着层数的增加而逐渐减弱. Cu (110) 表面的最表层原子相对收缩最大, Cu (100)表面次之, Cu (111) 表面的最表层原子相对收缩最小. 表面原子弛豫不仅引起表面几何结构的变化, 而且使表面层原子的电子态密度峰形相对晶体内部发生变化, 这是表面能产生的主要原因, 而Cu (110)表面相对于Cu (100)与Cu (111)表面具有高表面活性的主要原因则源于其表面层原子电子态密度在高能级处的波峰相对晶体内部显著的升高. 关键词： Cu 晶体 表面结构 表面能 态密度     

Si,GaAs(111)表面弛豫效应

本文将赝原子轨道的线性组合方法应用于计算半导体表面电子结构。除了赝势的形状因子以外,不引入任何可调参量。用这方法计算了Si和GaAs(111)理想表面和弛豫表面的电子态和波函数。Si的结果与Appelbaum和Hamann的自洽计算结果在表面能级位置和表面电荷分布两方面都符合得比较好。计算结果表明,当表面Si或Ga原子向内位移时,表面能级向上移动;表面As原子向外位移时,表面能级向下移动。同时,表面态波函数的性质往往也发生较大的变化。 关键词：     

硅中的辐照点缺陷

点缺陷是指晶体中一个原子尺度的缺陷.半导体中的点缺陷包括晶格空位、间隙原子、化学杂质以及它们的复合物.由于这些缺陷的存在,使半导体晶格周期性的规则排列遭到破坏,因而往往在禁带中引入能级.半导体的许多重要性质与杂质和缺陷紧密相关,因而它们是半导体研究中基本的和重要的课题之一. 近一二十年来,硅中点缺陷的研究有了显著进展.这是因为电子顺磁共振技术、结谱法以及光学测量等得到成功的应用.用电子顺磁共振技术(EPR)可以测定具有顺磁性的点缺陷的原子组态、电子结构及其点群对称性,在此基础上又发展了电子-核磁双共振(ENDOR)…     

Ag（110）表面声子谱的分析型EAM模型计算

应用晶格动力学，结合分析型EAM模型，计算了Ag(110)表面声子频率和振动极化方向，通过比较弛豫与未弛豫表面的计算结果，发现弛豫后的结果与He原子散射实验数据符合得很好，表面振动的极化局域特征符合表面的二维对称性，沿方向的S2和S3表面模也和实验结果—致. 关键词： 表面声子谱 弛豫 EAM 极化     

表面物理讲座第七讲 表面缺陷和表面扩散

表面缺陷和表面扩散在真空镀膜、薄膜半导体器件工艺、粉末冶金、多孔载体上催化剂颗粒的稳定性等实际问题中有重要的作用,得到了广泛的重视.本讲主要介绍晶体表面的原子结构、表面缺陷、表面扩散和有关的一些实验研究方法. 一、晶体表面的原子结构 理想的具有平移对称性的晶体     

晶体几何系列之一 晶体的点群与空间群

晶体具有规则的外形,来自内部原子的规则排列。晶体具有最小的重复单元,是由最小重复单元在三维空间堆积起来的,即晶体具有平移对称性。对称性可以用群这个数学概念来表征。平移对称性限制了晶体重复单元只有n=1,2,3,4,6次转轴,因此晶体只有32种点群(单胞的对称性)。32种点群同三维空间中平移操作的组合,决定了晶体只有230种空间群。不管有多少种具体的晶体,按照对称性分类只有230种。二维情形下,n=1,2,3,4,6次转轴加上镜面反映只能得到10种点群;10种点群与二维空间中的平移操作组合,只能得到17种二维空间群。远在人类有群论知识之前,许多文明都认识到了二维晶体只有17种对称性,反映在二维装饰图案比如窗棂的设计上。     

固体的光散射讲座第三讲 晶格振动的喇曼散射

晶体的喇曼散射是研究晶体内部结构的一种简单而有效的成熟方法.它对研究材料的结构和结构相变以及各种特殊条件下的晶体状态有着重要的作用.本文先从晶体的对称性出发,讨论晶格振动的分类,并以k=0处的晶格振动为例,介绍晶格振动模的对称类的分类.然后简述晶体喇曼散射的机理以及对晶体喇曼谱的实验研究. 一、晶体的对称性 我们知道,分子具有一定的点对称性,即保持体系中一点位置不变,对体系施以转动、反射或反演等(点)对称操作,体系仍处于与操作前等效的状态.晶体不仅也具有这种点对称性,而且由于其中原子排列的周期性,晶体还具有平移对称…     

半导体中的深中心

一、杂质缺陷形成的深中心 半导体中含有外来杂质或本身的缺陷.所有半导体材料及器件都要求对杂质缺陷有良好的控制.晶体的各种化学杂质,晶体中的原子空仕,间隙原子,半导体化合物中组成元素之间的反位缺陷以及它们之间的简单复合体(双空位、杂质与空位的结合等)都使晶格的周期性受到破坏,在晶体中造成一个原子尺寸大小的缺陷,称为点缺陷.此外,晶体缺陷还包括位错、层错、晶粒间界和杂质沉淀物.本文仅限于介绍几点缺陷. 很多点缺陷是晶体中电子(空穴)的有效束缚中心,形成的电子局域态,其能量往往位于半导体禁带之中,并与能带边的距离较大.这…     

融入凝聚态世界的时间晶体

<正>普通晶体破缺了空间平移对称性,而时间晶体则破缺了时间平移对称性。探索四维时空中晶体行为是一个崭新的研究方向,将会带来创新性的凝聚态器件和应用。在计算机芯片或是超导器件的内部,无数的电子在排列成晶格的离子间穿梭而过。这样的景象会不会在时间而不是空间中周而复始呢?传统的凝聚态器件或是电子元件会不会有四维时空中的新奇应用呢?麻省理工学院的诺贝尔物理学奖得主维尔切克(Frank Wilczek)在2012年题为《量子时间晶体》的开创性工作中提出了一个问题:时间平移对称性,也就是说不同时刻的     

抗磁场干扰的横向电压型压力传感器

压力传感器一般是指输出电信号(电压或电流)与被测流体压强成正比的电子器件.当前使用最广泛的压力传感器是利用半导体硅材料的压阻效应工作的硅压力传感器,它在工业自动化、医疗诊断、航空汽车等方面都有应用. 硅单晶是金刚石结构的晶体.由于它具有高度的立方对称性,因而它的电阻率是各向同性的,晶体中的电流密度向量j和电场强度向量E的方向相同,大小成比例,即 E=式中ρ0为电阻率常数.但在硅晶体中因存在应力而产生形变时,晶体的立方对称性受到破坏,电流与电场之间就呈现出复杂的关系,一般可表示为式中Ex,Ey和Ez是电场在三个坐标方向的分…     

Si(111)理想、弛豫及2×1重构表面的声子谱研究

本文利用微扰的方法考虑了占据态与空态间的耦合对能带能量的影响,给出延展键轨道近似下半导体力常数的解析表达式.利用这些表达式求出Si(111)的理想、1×1弛豫及2×1Haneman模型重构表面的声子色散曲线及其表面振动的振幅分布.不同表面结果的比较显示弛豫及重构对表面声子性质具有决定性的影响.同时,分析表明Haneman的2×1表面重构模型不足以满意地解释有关实验结果.     

晶格弛豫和黄-Rhys多声子跃迁理论

固体中局域电子态(如半导体深能级、固体发光中心等)与周围晶格原子之间存在的相互作用,使晶格原子的平衡位置发生或多或少的移动.对于不同的电子态(譬如基态或激发态),原子的平衡位置将有所不同.这种依赖于电子态的晶格畸变现象常称为晶格弛豫.近年的发展日益证明,晶格弛豫是局域电子态的一项基本特征,能够引起许多重要效应.局域电子与晶格较强的耦合会导致光吸收峰与发光峰的增宽,这在较早以前就已经被认识到.然而,其确切的理论基础──晶格弛豫,则是由黄昆先生与后来成为他终身伴侣的李爱扶先生(A.Rhys )于1950年建立的 . 根据晶格弛豫…     

对称性自发破缺与规范理论

一、引 言 基本粒子间的相互作用具有各种对称性,其中有些是严格对称的,有些只是近似地满足对称性要求,后者称为被破坏的对称性.被破坏的对称性又可分两类:一是象微扰项那样的某种外部原因使对称性遭到破坏的;二是由于某种内部原因使对称性自发地被破坏的.这后者我们称为对称性的自发破缺. 用对称性自发破缺理论,成功地解释了超导性和铁磁性等物理现象.因此,把它推广到基本粒子理论里的工作,曾引起了广泛兴趣. 若存在有对称性自发破缺,那末同时必然会出现Goldstone玻色子,但在目然界里至今还没有发现过这种粒子.Higgs机制解决了如何避免出…     

FeS2(100)表面原子几何与电子结构的理论研究

采用密度泛函理论研究了FeS2(100)表面原子几何与电子结构.理论计算结果表明:FeS2(100)表面无弛豫、无重构,是体相原子几何的自然终止.与体相电子结构相比,FeS2(100)表面电子特性明显不同,禁带中央产生新的表面态,且表面态局域性强,主要由Fe原子的3d分波贡献.配位场理论定性分析表明:FeS2(100)完整晶面表面态产生机制是Fe原子的配位数减少、局部对称性下降所致 关键词： 密度泛函理论 表面电子结构 FeS2     

表面物理的超快光谱学研究

 自然界很多有趣的现象源自变化,表面和界面是一种原子在空间占据上的变化。从一种介质变成另一种介质,就形成了界面;如果一侧为真空,另一侧为介质,则称为表面。通常决定物理性质的表面层的厚度在纳米或亚纳米尺度,也即几个原子层。在纳米材料和一些量子结构里,表面原子的数目所占的比例大为上升,而体内原子的数目所占比例下降,于是表面所具有的物理性质显得突出,例如同样是碳材料,石墨的物理性质主要由体内原子的性质决定,而单层碳原子石墨烯的物理性质主要由表面原子的性质决定;如果在表面附着一些原子分子,则表面的性质会表现出较大的变化,例如在分子束外延生长的薄膜材料上,掺杂少量的磁性原子,将等效于在原子周围产生一个磁场,在此磁场的影响下,表面电子态的量子物性会发生改变,这种改变有时是很明显的,例如时间反演对称性被破坏等;这些都意味着表面物理研究的重要性。