不同浓度Ag掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,研究了不同浓度Ag掺杂ZnO体系的电子结构和光学性质。计算结果表明,不同浓度Ag原子代替Zn原子后会导致电子结构和光学性质有显著的改变,能带随掺杂浓度的增大带隙渐渐变窄,光吸收、反射等也随银掺杂浓度的增大先是向高能端偏移再向低能端移动。这暗示Ag掺杂ZnO对其电子结构及光学性质有很大的影响,为进一步研究掺杂对ZnO性质的影响提供理论基础。     

掺杂Si/SiO_2界面电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在局域密度近似(LDA)下研究了B掺杂Si/SiO_2界面及其在压强作用下的电子结构和光学性质.能带的计算结果表明:掺杂前后Si/SiO_2界面均属于直隙半导体材料,但掺B后界面带隙由0. 74 eV减小为0. 57 eV,说明掺B使材料的金属性增强;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,发现随着压强不断增大,Si/SiO_2界面的带隙呈现了逐渐减小的趋势,并且由直隙逐渐转变为间隙.光学性质的计算结果表明:掺B对Si/SiO_2界面在低能区(即红外区)的介电函数虚部、吸收系数、折射率以及反射率等光学参数有显著影响,且在红外区出现新的吸收峰;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,随着压强增大,红外区的吸收峰逐渐消失,而在紫外区出现了吸收峰.上述结果表明,对Si/SiO_2界面掺B及施加正压强均可调控Si/SiO_2界面的电子结构与光学性质.本文的研究为基于Si/SiO_2界面的光电器件研究与设计提供一定的理论参考.     

掺杂Mg2Si电子结构及光学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赝势平面波方法系统计算了Mg2Si及掺Ag、Al的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明,未掺杂Mg2Si属于间接带隙半导体,禁带宽度为0.2994 eV,其价带主要由Si的3p及Mg的3s、3p态电子构成,导带主要由Mg的3s、3p及Si的3p态电子构成,静态介电常数为18.89,折射率为4.3460.掺Ag后Mg2Si为p型半导体,价带主要由Si的3p,Mg的3s、3p及Ag的3p、4d、5s态电子构成,静态介电常数为11.01,折射率为3.3175.掺Al后Mg2Si为n型半导体,导带主要由Mg的3s、3p,Si的3p及Al的3p态电子构成,Al的3s态电子贡献相对较小,静态介电常数为87.03,折射率为9.3289.通过掺杂有效调制了Mg2Si的电子结构,计算结果为Mg2Si光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

Sc掺杂正交相Ca2Si电子结构及光学性质的第一性原理

采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,对块体及掺Sc的正交相Ca2Si的电子结构和光学性质进行了系统计算.计算结果表明,掺Sc后的Ca2Si能带向低能端偏移,形成n型半导体,正交相结构能隙变为0.6084eV,相比块体Ca2Si带隙加宽了一倍,但仍为直接带隙半导体.Ca2Si掺杂Sc后,正交相导带主要是Ca的4s、3d态和Sc的3d、3p态电子构成,静态介电常数变大,折射率也变大,吸收系数相比块体在低能段基本无变化,在高能段虽吸收系数减小,但仍保持105数量级且大于β-FeSi2的吸收系数,说明Ca2Si在太阳能电池上具有较好的应用前景.通过掺杂有效调制了Ca2Si的电子结构和光学性质,计算结果为Ca2Si光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

镍掺杂硅纳米线电子结构和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计算,对镍掺杂硅纳米线的结构稳定性、电子与光学性质进行了研究.结果表明:Ni容易占据硅纳米线表面的替代位置.镍掺杂后的硅纳米线引入了杂质能级,杂质能级主要来源于Ni的3d电子的贡献.由于Ni的3d态和Si的3p态的耦合作用,使禁带宽度变窄.掺杂后的硅纳米线在低能区出现了一个较强的吸收峰,且吸收带出现宽化现象. 关键词： 硅纳米线 掺杂 电子结构 光学性质     

不同浓度下V掺杂Mg2Si的第一性原理研究

本文用基于密度泛函理论的超软赝势平面波方法,分别计算了四种V掺杂模型Mg_2-xV_xSi(x=0,0.25,0.5,0.75)的电子结构和光学性质,并对其能带图、态密度图和光学性质进行了分析.结果表明,V掺杂之后会使Mg₂Si由其原本的半导体性变为半金属性,在费米能级处出现了杂质能级,态密度图也显示V元素的3d轨道的贡献在费米能级附近占据主导地位,Mg₂Si的光学性质随着V元素的掺入也发生了改变.该文为Mg₂Si材料在电子器件和光学器件方面的应用提供了理论依据.     

Sc掺杂Ca3Si4的电子结构和光学性质

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法对Sc掺Ca3Si4的电子结构和光学性质进行了系统的计算和分析比较.研究结果为块体Ca3Si4是间接带隙半导体,带隙为0.372eV,价带主要是由Si的3s和3p及Ca的3d态电子构成,导带主要是由Ca的3d态电子构成,静态介电常数ε1(0)=19,折射率n0=4.35;吸收系数在能量3.024eV处达到最大峰值1.56×105cm-1.而掺杂Sc变为n型半导体;费米能级附近的导带主要则由Ca的3d态电子和Sc的3d态电子构成,静态介电常数变为ε1(0)=54.58,折射率n0=7.416;吸收系数在能量5.253eV处达到最大峰值1.614×105cm-1.通过掺杂有效调制了Ca3Si4的电子结构和光学性质,计算结果为Ca3Si4光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

La掺杂6H-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对未掺杂及La掺杂6H-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,未掺杂6H-SiC是间接带隙半导体,其禁带宽度为2.045 eV,掺杂La元素,形成P型间接半导体,带隙宽度下降为0.886 eV.未掺杂6H-SiC在价带的低能区,Si-3s、C-2s电子轨道对态密度的贡献较大,在价带的高能区,主要是由Si-3p、Si-3s、C-2p态组成.掺杂后La的5d轨道与6H-SiC的sp~3轨道杂化主要贡献在价带部分,而对导带的贡献相对较小,掺杂后电导率提高.未掺杂时,只有一个介电峰,是价带电子跃迁到导带电子所致,掺杂后有两个介电峰,其中第一个介电峰是由sp~3杂化轨道上的电子跃迁到La原子5d轨道上产生.未掺杂6H-SiC,在能量为10.31处吸收系数达到最大值,掺杂后在能量为7.35 eV处,吸收系数达到最大值.     

Cu-Fe共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO,Cu、Fe单掺杂和Cu-Fe共掺杂ZnO的电子结构和光学性质.计算结果显示:Cu掺杂属于p型掺杂,Fe掺杂属于n型掺杂,单掺杂时Cu-3d态电子和Fe-3d态电子均在禁带形成杂质能级,从而提高ZnO的载流子浓度,改善ZnO的导电性能,而Cu-Fe共掺杂时ZnO半导体进入简并态,呈现金属特性.掺杂后的ZnO介电函数虚部变化主要集中在低能量区域,光谱吸收系数及反射率曲线发生红移,其中本征ZnO对太阳光谱有较好的透射性,Fe单掺杂和Cu-Fe共掺杂ZnO对可见光谱有相似的吸收效果,而Fe单掺杂ZnO对近紫外区域的光谱透射率更小,适用于制备防紫外线薄膜.     

La掺杂3C-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对未掺杂及稀土材料La掺杂3C-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,La掺杂引起3C-SiC晶格体积增大,掺杂体系能量更小,掺杂体系的结构更稳定;未掺杂3C-SiC是直接带隙半导体,其禁带宽度为1.406 eV,La掺杂后带隙宽度下降为1.161 eV,La掺杂3C-SiC引入了3条杂质能级,能量较高的1条杂质能级与费米能级发生交叠,另外2条杂质能级都在费米能级以下价带顶之上,La掺杂引起3C-SiC吸收谱往低能区移动,未掺杂3C-SiC的静态介电常数为2.66,La掺杂引起静态介电常数增加为406.01,La掺杂3C-SiC是负介电半导体材料.     

First principles study of electronic and optical properties of InAs

The electronic and optical properties of InAs in core-level spectra are calculated using the full-potential linearized augmented plane wave plus local orbitials (FP-LAPW +lo) method. The real and imaginary parts of the dielectric function ε(ω), the optical absorption coefficient I(ω), the reflectivity R(ω), the refractive index n(ω), and the extinction coefficient k(ω)are calculated. All these values are in good agreement with the experimental data. The effect of spin-orbit coupling on optical properties is also investigated and found to be quite small.      

Mn,Fe,Co掺杂GaAs电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对本征GaAs以及3d过渡金属Mn、Fe、Co单掺杂GaAs晶体的电子结构及其光学性质进行理论计算以及对比研究.计算结果表明:能带结构中三种掺杂体系均引入新的能级,能带条数增多,导带底与价带底顶向深能级移动,带隙减小;费米能级附近出现了杂质能级,导致掺杂体系光子能量位于0时介电函数虚部便有所响应,掺杂体系相较于本征体系的静介电常数有所提升;Mn、Fe、Co三种掺杂体系相较于本征体系在红外以及远红外区域吸收系数得到了明显的提升,其中Fe掺杂GaAs的光催化特性最好.     

P掺杂硅纳米管电子结构与光学性质的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了P掺杂对单壁扶手型硅纳米管电子结构和光学性质的影响.结果表明:经过P掺杂,单壁扶手型硅纳米管的能带结构从间接带隙变为直接带隙,其价带顶主要由Si-3p态电子构成,导带底主要由Si-3p态电子和Si-3s态电子共同决定;同时通过P掺杂,使单壁扶手型硅纳米管的禁带宽度变窄,导电性增强,吸收光谱产生红移.研究结果为硅纳米管在光电器件方面的应用提供了理论基础.     

C与Na掺杂AlN电子结构与光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势法,计算了本征AlN,C-AlN,Na-AlN以及C-Na-AlN四种体系的电子结构和光学性质.得出结论：掺杂后各体系与本征AlN相比发生了晶格畸变,C-Na-AlN体系的结合能最小,体系最稳定.掺杂体系相比于本征AlN,禁带宽度都有不同程度的减小,导致电子在体系内跃迁时的概率增大,其中C-Na-AlN体系尤为明显,电子跃迁所需要的能量更小.掺杂后吸收带边发生了红移,拓宽了AlN体系对光的响应范围,增强了光吸收,并且C-Na-AlN体系在可见光区域内光吸收能力最强,在介电函数图的分析中可以得到,C-Na-AlN体系的介电常数最大,表明其电荷束缚能力最强,体系稳定性强,极化能力最好.     

空位浓度对纤锌矿BN电子结构和光学性质影响的第一性原理研究

本文采用了第一性原理研究了空位缺陷纤锌矿BN的电子结构和光学性质.通过对能带结构、态密度分析发现：缺陷体系由于B、N的缺失,费米能级附近出现杂质能级.相较于本征体系,随着空位浓度增加,杂质能级变多,跃迁能量减小. N空位缺陷的纤锌矿BN态密度总体向低能区移动,且能级相较于B空位缺陷的纤锌矿BN明显增多.从复介电函数和光学吸收谱分析中发现,随着空位浓度的增加,缺陷体系纤锌矿BN在可见光区域的吸收逐渐增强.尤其是B₂₂N₂₄在可见光区域出现的吸收效果更好.     

第一性原理研究Be-S共掺杂AlN纳米片的电子结构和光学性质

基于密度泛函理论体系下广义梯度近似(GGA),利用第一性原理方法计算了Be替代Al、S替代N和Be-S共掺杂对氮化铝纳米片的电子结构和光学性质的影响.计算结果表明,掺杂改变了氮化铝纳米片的带隙,但仍显示半导体特性. Be掺杂类型对氮化铝纳米片的晶体结构影响不大,而S掺杂和Be-S共掺杂都使得氮化铝纳米片有不同程度的弯曲.同时Be-S共掺杂中S原子起到激活受主杂质Be原子的作用,使得受主能级向低能方向移动.共掺杂比单掺杂具有更高的受主原子浓度,并减小局域化程度.光学性质也发生较大改变:S原子掺杂氮化铝纳米片的介电函数虚部出现第二介电峰,Be掺杂和Be-S共掺杂使得损失谱的能量区间有所展宽,峰值降低并向高能区移动.     

C/SiC纳米管异质结电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对扶手椅型(4,4)和(6,6)及锯齿型(8,0)和(10,0)C/SiC纳米管异质结的电子结构进行了研究.结果表明两类异质结结构都表现为半导体特性.扶手椅型纳米管异质结形成了Ⅰ型异质结,电子和空穴都限制在碳纳米管部分.锯齿型纳米管异质结中价带顶主要分布在碳纳米管部分及C/SiC界面处,而导带底均匀分布在整个纳米管异质结上.这两种异质结结构在未来纳米器件中具有潜在的应用价值. 关键词： C/SiC纳米管异质结 第一性原理 电子结构     

Ni掺杂浓度对硅纳米线光电性质的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理,对不同直径和浓度Ni掺杂硅纳米线的形成能、能带结构、态密度和光学性质进行了计算,结果表明：杂质Ni的形成能随硅纳米线直径的减小和掺杂浓度的降低而下降,这说明直径越大的硅纳米线掺杂越困难,杂质浓度越高的硅纳米线越不稳定. Ni掺杂在费米能级附近及带隙中引入杂质能级,其主要来自Ni的3d轨道,杂质能级扩展成杂质带,改变Ni的掺杂浓度可改变硅纳米线的带隙,改善其导电性. 另外,还发现掺杂浓度明显改变了硅纳米线的吸收强度和宽度.     

Al，Mg掺杂GaN电子结构及光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用广义梯度近似方法,计算了Al,Mg掺杂的闪锌矿型GaN的电子结构和光学性质,分析了其电子态分布与结构的关系,给出了掺杂前后GaN体系的介电函数和复折射率函数.计算结果表明掺有Mg的GaN晶体空穴浓度增大,会明显提高材料的电导率,而Al掺杂GaN晶体的载流子浓度不变,只是光学带隙变宽;通过分析掺杂前后GaN晶体的介电函数和复折射率函数,解释了体系的发光机理,为GaN材料光电性能的进一步开发与应用提供了理论依据.通过比较可知,所得出的计算结果与现有文献符合得很好. 关键词： GaN晶体 电子结构 光学性质 掺杂