Be1-xMgxO合金的能带特性与相结构稳定性研究

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,对纤锌矿和岩盐矿结构Be_1-xMg_xO合金的晶格常数、能带特性和形成能进行计算,分析了不同Mg组分下不同结构的Be_1-xMg_xO合金晶格常数和能带差异.结果表明:随着Mg组分的增大,纤锌矿和岩盐矿Be_1-xMg_xO合金的晶格常数都线性增加,但它们的能隙都逐渐减小.对于相同Mg组分的Be_1-xMg_xO合金,岩盐矿结构的能隙要大于纤锌矿结构.当Mg组分为0.89时,Be_1-xMg_xO合金由纤锌矿相转变为岩盐矿相.为了使理论值与实验值相一致,对Be_1-xMg_xO合金的能隙计算值进行修正,得到纤锌矿和岩盐矿Be_1-xMg_xO合金的能隙弯曲系数b值分别为3.451 eV和4.96 eV.对纤锌矿BeO-MgO-ZnO三元合金的能隙和弯曲系数与晶格常数关系做了分析.     

纤锌矿BexZn1-xO合金能隙弯曲系数的第一原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法, 对纤锌矿Be_xZn_1-xO合金进行能隙特性、弯曲系数和结构参数的计算. 结果表明: Be_xZn_1-xO合金的能隙和弯曲系数都随Be掺杂组分的增大而增大. 通过修正Be_xZn_1-xO合金的能隙值得知其合金弯曲系数b为6.02 eV, 这与实验值接近. 纤锌矿Be_xZn_1-xO合金的能隙弯曲系数过大主要来源于体积形变和电荷转移的贡献. 文中还分析了Be_xZn_1-xO合金的晶格常数、 平均键长和平均次近邻原子距离与Be组分的关系.     

射频磁控溅射法生长MgxZn1-xO薄膜的结构和光学特性

用射频磁控溅射法在80℃的衬底温度下制备出Mg_xZn_1-xO(0≤x ≤030)薄膜.x射线 衍射(XRD)结果表明，Mg_xZn_1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构， 没有形成任何显著 的MgO分离相，Mg_xZn_1-xO薄膜的择优取向平行于与衬底垂直的 c轴；c轴晶格常数随着Mg含量的增加逐渐减小.在Mg_xZn_1-xO薄膜的光透射谱中出现 锐利的吸收边，由透 射谱估算出Mg_xZn_1-xO薄膜的带隙宽度由332eV(x=0)线性地 增加到396eV(x=030). 关键词： xZn_1-xO薄膜')" href="#">Mg_xZn_1-xO薄膜 射频磁控溅射 Mg含量     

退火温度对低温生长MgxZn1－xO薄膜光学性质的影响

用射频磁控溅射法在80℃衬底温度下制备出Mg_xZn_1-xO(x=0.16)薄膜，用X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)和透射谱研究了退火温度对Mg_xZn_1-xO薄膜结构和光学性质的影响.测量结果显示，Mg_xZn_1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构，并且具有沿c轴的择优取向；随着退火温度的升高，(002)XRD峰强度、平均晶粒尺寸和紫外PL峰强度增大，(002)XRD峰半高宽(F 关键词： xZn_1-xO薄膜')" href="#">Mg_xZn_1-xO薄膜 射频磁控溅射 退火     

掺杂GaN/AlN超晶格第一性原理计算研究

第一性原理计算方法在解释实验现象和预测新材料结构及其性质上有着重要作用. 因此, 通过基于密度泛函理论的第一性原理的方法, 本文系统地研究了Mg和Si掺杂闪锌矿和纤锌矿两种晶体结构的GaN/AlN超晶格体系中的能量稳定性以及电学性质. 结果表明: 在势阱层(GaN 层)中, 掺杂原子在体系中的掺杂形成能不随掺杂位置的变化而发生变化, 在势垒层(AlN层)中也是类似的情况, 这表明对于掺杂原子来说, 替代势垒层(或势阱层)中的任意阳离子都是等同的; 然而, 相比势阱层和势垒层的掺杂形成能却有很大的不同, 并且势阱层的掺杂形成能远低于势垒层的掺杂形成能, 即掺杂元素(Mg_Ga, Mg_Al, Si_Ga和Si_Al)在势阱区域的形成能更低, 这表明杂质原子更易掺杂于结构的势阱层中. 此外, 闪锌矿更低的形成能表明: 闪锌矿结构的超晶格体系比纤锌矿结构的超晶格体系更易于实现掺杂; 其中, 闪锌矿结构中, 负的形成能表明: 当Mg原子掺入闪锌矿结构的势阱层中会自发引起缺陷. 由此, 制备以闪锌矿结构超晶格体系为基底的p型半导体超晶格比制备n型半导体超晶格需要的能量更低并且更为容易制备. 对于纤锌矿体系来说, 制备p型和n型半导体的难易程度基本相同. 电子态密度对掺杂体系的稳定性和电学性质进一步分析发现, 掺杂均使得体系的带隙减小, 掺杂前后仍然为第一类半导体. 综上所述, 本文内容为当前实验中关于纤锌矿结构难以实现p型掺杂问题提供了一种新的技术思路, 即可通过调控相结构实现其p型掺杂.     

GaN结构相变、电子结构和光学性质

运用第一性原理平面波赝势和广义梯度近似方法,对纤锌矿结构和氯化钠结构GaN的状态方程及其在高压下的相变进行计算研究,分析相变点附近的电子态密度、能带结构和光学性质的变化机制.通过状态方程和焓相等原理得到GaN从纤锌矿到氯化钠结构的相变压强分别为43.9 Gpa和46.0 Gpa;在相变的过程中,GaN由典型的直接带隙半导体转变为间接带隙半导体材料;氯化钠结构GaN相比于纤锌矿结构,介电函数主峰值增强,本征吸收边明显往高能方向移动,氯化钠结构GaN在低能区域的光学性质差于纤锌矿结构.     

射频磁控溅射法生长MgxZn1-xO薄膜的结构和光学特性

用射频磁控溅射法在80℃的衬底温度下制备出MgxZn1-xO(0≤x≤0.30)薄膜.x射线衍射(XRD)结果表明,MgxZn1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构,没有形成任何显著的MgO分离相,MgxZn1-xO薄膜的择优取向平行于与衬底垂直的c轴;c轴晶格常数随着Mg含量的增加逐渐减小.在MgxZn1-xO薄膜的光透射谱中出现锐利的吸收边,由透射谱估算出MgxZn1-xO薄膜的带隙宽度由3.32eV(x=0)线性地增加到3.96eV(x=0.30).     

C轴压力下ZnO晶体结构及电子性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对ZnO晶体在c轴取向压力作用下的晶体结构、电子结构的变化进行了研究.结果表明,当压力在0～6 GPa区间时,晶格参数呈线性变化,带隙随压力增大而增大,显示弹性应变特征;当压力从6 GPa增大到10 GPa的过程中,晶体结构有了较大变化,出现了介于常压下纤锌矿结构和等静压高压下NaCl结构之间的类石墨结构(Graphitelike structure).伴随着这一结构相变,ZnO的晶格参数,能隙和态密度等电子结构出现了较大跃变.     

高压下AlN的电子结构和光学性质

运用密度泛函理论体系下的平面波赝势(PWP)和广义梯度近似(GGA)方法，利用第一性原理计算了不同压强下六方纤锌矿结构AlN晶体的晶格常数、总能量、电子态密度、能带结构、光反射系数与吸收系数。通过比较能带结构的变化行为，得出 AlN在16.7Gpa附近存在等结构相变，即由直接带隙结构转变为间接带隙结构。同时，结合高压下的态密度分布图和能级移动情况，分析了AlN在高压下的光学性质，吸收谱有向高能端移动(蓝移) 的趋势。     

C轴压力下ZnO晶体结构及电子性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法对ZnO晶体在c轴取向压力作用下的晶体结构、电子结构的变化进行了研究. 结果表明,当压力在0到6 GPa区间时,晶格参数呈线性变化,带隙随压力增大而增大,显示弹性应变特征;当压力从6 GPa增大到10 GPa的过程中,晶体结构有了较大变化,出现了介于常压下纤锌矿结构和等静压高压下NaCl结构之间的类石墨结构(Graphitelike structure). 伴随着这一结构相变,ZnO的晶格参数,能隙和态密度等电子结构出现了较大跃变.     

Structural,electronic and optical properties of CdxZn1 − xS alloys from first-principles calculations

Structural, electronic and optical properties as well as structural phase transitions of ternary alloy Cd_xZn_1 − xS have been investigated using the first-principles calculations based on the density functional theory. We found that the crystal structure of Cd_xZn_1 − xS alloys transforms from wurtzite to zinc blende as Cd content of x=0.83$x=0.83$. Effect of Cd content on electronic structures of Cd_xZn_1 − xS alloys has been studied. The bandgaps of Cd_xZn_1 − xS alloys with wurtzite and zinc blende structures decrease with the increase of Cd content. Furthermore, dielectric constant and absorption coefficient also have been discussed in detail.     

纤锌矿BeO掺Cd的电子结构与能带特性研究

采用基于密度泛函理论平面波赝势方法, 对纤锌矿BeO掺Cd的Be_1-xCd_xO合金进行电子结构与能带特性研究. 结果表明: Be_1-xCd_xO的价带顶始终由O 2p电子态决定, 而导带底由Be 2s和Cd 5s的电子态决定.随着Be_1-xCd_xO合金的Cd掺杂量增加, Cd 4d与O 2p的排斥效应逐渐加强, 同时Be_1-xCd_xO的带隙逐渐变小, 出现"直接-间接-直接"的带隙转变. 为了使理论值与实验值相一致, 对Be_1-xCd_xO带隙进行修正, 并分析了纤锌矿BeO-ZnO-CdO三元合金的带隙和弯曲系数与晶格常数的关系.     

Antisite defects in Inl−yGayAsl−xPx

The dependences on alloy compositions x and y are predicted for the deep energy levels of antisite defects in the quaternary alloys In_l?yGa_yAs_l?xP_x.     

Electronic structures and energy band properties of Be- and S-doped wurtzite ZnO

The energy band properties, density of states, and band alignment of the BexZn1-xO1-ySy alloy （Be- and S-doped wurtzite ZnO） are investigated by the first-principles method. BexZn1-xO1-ySy alloy is a direct band gap semiconductor, the valence band maximum （VBM） and the conduction band minimum （CBM） of BexZn1-xO1-ySy are dominated by S 3p and Zn 4s states, respectively. The band gap and lattice constant of BexZn1-xO1-ySy alloy can be modulated by changing the doped content values x and y. With the increase in Be content value x in the BexZnl-xOl-ySy alloy, the band gap increases and the lattice constant reduces, but the situation is just the opposite when increasing the S content value y in the BexZn1-xO1-ySy alloy. Because the lattice constant of Be0.375Zn0.625O0.75S0.25 alloy is well matched with that of ZnO and its energy gap is large compared with that of ZnO, so the Be0.375Zn0.625O0.75S0.25 alloy is suitable for serving as the blocking material for a high-quality ZnO-based device.     

Ion scattering studies of strained Si/Si1−xGex superlattices

Helium ion channeling and backscattering experiments have been performed on MBE-grown Si/Si_1−xGe_x superlattices to investigate interdiffusion, defect densities and tetragonal lattice distortion. Rapid Thermal Annealing (RTA) of these structures leads to substantial interdiffusion and strain relaxation. In some cases also relaxation by dislocation formation is observed after RTA, depending on the alloy composition x. Grazing incidence Rutherford backscattering spectroscopy was employed to observe the modulation of the backscattering yield of the superlattices. The modulation decreases due to interdiffusion after RTA. Interdiffusion coefficients were deduced for Ge concentrations between x=0.20 and x=0.70 in the temperature range between 900°C and 1125°C. The diffusivity increases with larger Ge concentrations. The activation energy for interdiffusion is 3.8 ± 0.2 eV.     

Theoretical prediction of structural, electronic and optical properties of quaternary alloy Zn1-xBexSySe1-y

Within density functional theory based on the full potential-linearized augmented plane wave method,we carry out the first-principles calculation of the structural,electronic,and optical properties of the zinc blende quaternary alloy Zn_1-xBe_xS_ySe_1-y.The Perdew-Burke-Ernzerhof generalized gradient approximation based on the optimization of total energy and the Engel-Vosko generalized gradient approximation based on the optimization of the corresponding potential are used.Our investigation on the effect of the composition on lattice constants,bulk modulus,band gap,optical dielectric constant,and refractive index shows a non-linear dependence.The energy gap E g（x,y） has been determined over the entire compositions x and y.In addition,the energy band gap of the technologically important quaternary alloy Zn_1-xBe_xS_ySe_1-y in conditions of being lattice matched to ZnS substrate has been investigated.It is noteworthy that the present work is the first theoretical study of the quaternary alloy of interest.     

First-principles study of structrural and corrected band properties of wurtzite Zn1-xCdxO and Zn1-xMgxO systems

A first-principles method based on density functional theory(DFT),a generalized gradient approximation(GGA),and a projector-augmented wave(PAW) are used to study the structual and band properties of wurtzite Zn1-xCdxO and Zn1-xMgxO(0 ≤x≤1) ternary alloys.By taking into account all of the possible structures,the band gaps of Zn1-xCdxO and Zn1-xMgxO alloys are corrected and compared with experimental data.     

室温下Ga1-xHoxN (x=0.0 and 0.05)稀磁半导体薄膜磁性

采用热蒸镀技术和后续氨退火制备了Ho掺杂GaN稀磁半导体薄膜. X射线衍射分析表明,所有的峰属于六角纤锌矿结构. 利用扫描电子显微镜和能量色散谱分别进行了表面形貌和成分分析. 用振动样品磁强计在室温测定了Ga_1-xHo_xN(x=0.0,0.05)的室温铁磁性. 磁性测量结果表明,未掺杂薄膜GaN具有抗磁性行为,而Ho掺杂Ga_0.95Ho_0.05N的薄膜表现出铁磁行为.     

使用等价轨道法计算AB型晶体的倍频系数

在忽略电子-声子相互作用的基础上,本文探讨了从能带波函数出发计算AB型晶体倍频系数的可能性。采用计算AB型晶体能带的近似方法——等价轨道法。计算了k=0点的倍频系数,然后通过带宽的修正,使k=0点的倍频系数近似地表为不同k点倍频系数的平均,这一平均值乘以第一布里渊区内k点的总数就是晶体的宏观倍频系数。计算了十七种闪锌矿型和纤维锌矿型晶体的倍频系数,计算值和实验值的吻合相当满意。从中得出几点有用的结论:(1)倍频系数的双能级跃迁模型对闪锌矿型结构是适用的;但对纤维锌矿型结构并不适用。(2)纤维锌矿型晶体的X₃₃₃^2ω系数可表示成两项之和:单重态(Γ₁,Γ₃)的贡献和双重态(Γ₅,Γ₆)的贡献。其中单重态对倍频系数贡献正值,双重态贡献负值。(3)使用Pauling的离子性标度f_i来表征A—B键的离子性是适宜的。 关键词：     

On the magnetic properties of Pt1−xAgx

The observed rapid continuous isothermal change from enhanced paramagnetism to weak diamagnetism with increasing silver mole fraction x of the Pt_1?xAg_x alloy system is interpreted by means of a semiphenomenological magnetic alloy susceptibility function X(x). The x-dependent Knight shift K(x) of both ¹⁰⁹Ag and ¹⁹⁵Pt nuclei in Pt_1?xAg_x is closely related to the alloy susceptibility and therefore can be used in a combined K(x)?X(x)-analysis.