表面键合对硅(111)量子面电子结构的影响

将纳米硅薄膜看成理想的一维限制的量子面结构,通过第一性原理计算研究了不同厚度的硅(111)量子面的能带结构及态密度。随着量子面厚度的变化,在Si—H键钝化较好的量子面结构上,其带隙宽度变化主要遵循量子限制效应规律。当在表面掺杂时,模拟计算表面含Si—N键的硅(111)量子面的结果表明:在一定厚度范围内,带隙宽度主要由量子限制效应决定;超过这个厚度,带隙宽度同时受量子限制效应和表面键合结构的影响。保持量子面厚度不变,表面掺杂浓度越大则带隙变窄效应越明显。同样,模拟计算含Si—Yb键的硅(111)量子面的结果也有同样的效应。几乎所有的模拟计算结果都显示:量子面的能带结构均呈现出准直接带隙特征。     

硅—二氧化硅超晶格：探索硅基发光材料的一条新途径

理论上认为，由于Ｓｉ／ＳｉＯ２超晶格中硅层（阱层）的电子和空穴都受到极强的量子限制效应，硅层能带有可能从体硅的间接带隙转变为直接带隙，从而发光效率大大提高．实验上，在非晶Ｓｉ／ＳｉＯ２超晶格中观察到在可见光波段的室温光致发光和明显的量子限制效应现象．晶体Ｓｉ／ＳｉＯ２超晶格研究也取得了初步的结果．     

HXCO（X=F,Cl）解离和异构通道中的取代基效应

本文在２００－１３００Ｋ温度范围内，计算了ＨＸＣＯ、ＸＣＯＨ和ＨＣＯＸ解离和异构化反应的Ｇｉｂｂｓ自由能改变、热效应、速度常数以及Ｗｉｇｎｅｒ校正系数，讨论了取代基对反应的热力学和动力学参量的影响。结果表明：（１）取代基对反应的热力学量和速度常数影响较大，但影响结果因反应机理不同而异；（２）当反应所断裂化学键不直接连接取代基，则取代基对隧道效应影响较小；（３）仅用电子能量判断分子的稳定性是不可靠的     

p型纳米硅与a-Si：H不锈钢底衬nip太阳电池

报道了选用厚度为0．05mm的不锈钢箔作衬底，B掺杂P型氢化纳米硅作窗口层，制备成功开路电压和填充因子分别达到0．90V和0．70的nip非晶硅基薄膜单结太阳电池．UV-VIS透射谱和微区Raman谱证实所用p层具有典型氢化纳米硅的宽能隙和含有硅结晶颗粒的微结构特征．明确指出导致这种氢化纳米硅能隙展宽的物理机制是量子尺寸效应．     

多孔硅量子点中的电子局域态

经过激光辐照和高温退火加工能够生成多孔硅样品,在650—780 nm处检测到很强的光致荧光（PL）峰,并且有明显的钉扎和增强效应.实验表明,这种PL发光的强度与样品受辐照和退火的时间短密切相关.通过第一性原理模拟计算发现,样品表面用SiO 双键和Si—O—Si桥键钝化,能隙中会出现电子局域态.激光辐照和高温退火的时间长短决定了样品表面SiO双键和Si—O—Si桥键的密度,而该密度正是影响多孔硅量子点中电子局域态生成的关键. 关键词： 多孔硅量子点 硅氧钝化键 电子局域态     

掺氧纳米硅局域态中的电子自旋能级展宽效应

本文发现很有趣的量子效应,纳米硅表面掺杂氧而形成的电子局域态中电子自旋能级间隔会有明显的展宽,被约束在局域态中的电子自旋±1/2能态间距被展宽两个数量级,达到100 meV左右.本文用纳秒脉冲激光在氧氛围中制备了掺杂氧纳米硅结构并形成电子局域态,在实验检测中探测到了电子自旋能级展宽效应;用第一性原理模拟计算方法研究了电子自旋能级展宽效应,具体地对于纳米硅量子点和量子层结构表面的硅氧双键与硅氧桥键局域态中的电子自旋量子态分别进行了模拟计算研究,证实了实验结果.结合实验与计算研究结果分析,建立起电子自旋能级展宽效应的物理模型.这些工作在量子信息高保真存储与处理上会有很好的应用.     

以石墨烯为电极的有机噻吩分子整流器的设计及电输运特性研究

传统硅基半导体器件受到了量子尺寸效应的限制,发展分子电子学器件有可能解决这一难题.本文提出了由石墨烯电极和有机噻吩分子相结合构造分子器件的思想,建构了"石墨烯-噻吩分子-石墨烯"结构的分子器件,并运用非平衡态格林函数结合密度泛函理论的方法研究了其电输运特性.系统地分析了电子给体"氨基"和电子受体"硝基"两种取代基的位置对有机噻吩分子电输运的影响.计算表明,有机噻吩二聚物被"氨基"和"硝基"取代后会产生明显的负微分电阻效应和整流效应.进一步对产生这些效应的物理机制进行分析,发现氨基的位置可以调整负微分电阻的强弱,硝基的位置可以改变整流的方向.     

脉冲功率对含硅量子点SiCx薄膜物相结构及光谱特性的影响

基于硅量子点（Si-QDs）的全硅叠层太阳电池被认为是最有潜质的高效太阳电池之一。目前所报道的硅量子点薄膜存在硅量子点数密度低、缺陷多等问题,限制了硅量子点太阳电池的光电转换效率。微波退火(microwave annealing, MWA)被认为是一种有益于制备纳米结构材料的方法。微波退火的非热效应可以降低形核能,改善薄膜的微结构和光电性能。因此,采用磁控共溅射技术并结合微波退火工艺,在不同的脉冲功率下制备了含硅量子点SiC_x薄膜;采用掠入射X射线衍射(GIXRD)、拉曼(Raman)光谱、紫外-可见-近红外分光光度计和光致发光(PL)光谱表征薄膜的物相结构及光谱特性;研究不同脉冲功率对硅量子点数密度和性能的影响,进而改进磁控共溅射工艺,制备硅量子点数密度较高和性能良好的薄膜。样品的GIXRD谱和Raman谱均显示其中存在硅量子点,其强度先增大后减小;通过谢乐(Scherrer)公式估算出硅量子点尺寸呈现先增大后减小的规律,脉冲功率为80 W时尺寸达到最大(8.0 nm）。在Raman光谱中还观察到中心位于511 cm-1处出现硅量子点Si-Si横向光学振动模式的拉曼峰,其强度也呈现先增大后减小的趋势;对拉曼光谱做最佳高斯(Gauss)分峰拟合,得出薄膜的晶化率均高于62.58%,脉冲功率为80 W时制备的薄膜具有最高的晶化率(79.29%)。上述分析表明薄膜中均有硅量子点的形成,且数量先增加后减小,脉冲功率为80 W时硅量子点数量最多。通过测量样品的透射率T、反射率R等光学参数,利用Tauc公式估算出薄膜的光学带隙,发现带隙值随溅射功率的增加先减小后增大,在脉冲功率为80 W时最小(1.72 eV)。硅量子点尺寸与光学带隙成反比,说明薄膜中的硅量子点具有良好的量子尺寸效应。通过PL光谱分析样品的发光特性,对其做最佳高斯拟合,发现样品中均有6个发光峰。结合Raman光谱的分析结果,可以得出波长位于463~624 nm的发光峰源于硅量子点的作用;而波长位于408和430 nm的发光峰则源于薄膜内部的缺陷态,峰位没有偏移,但强度有变化。根据发光峰对应的波长可计算其能带分布,从而确定缺陷态类型：408 nm的发光峰归因于≡Si°→E_v电子辐射跃迁,430 nm的发光峰则归因于≡Si°→≡Si-Si≡的缺陷态发光。还研究了硅量子点的尺寸对发光峰移动的影响。结果表明,随硅量子点尺寸变小（大）,发光峰蓝移（红移）。综上,溅射功率为80 W时制备的含硅量子点SiC_x薄膜性能最佳。研究结果为硅量子点太阳电池的后续研究奠定了基础。     

H2和CO在Pd（110）上的吸附和共吸附

应用ＸＰＳ，ＵＰＳ，ＬＥＥＤ和ＴＤ研究了ＣＯ和Ｈ２在Ｐｄ（１１０）上在室温下的吸附与并吸附。ＣＯ在Ｐｄ（１１０）上随暴露量增加至饱和，吸附位由β１态向β２态变化，相应的ＸＰＳＣ（１ｓ）峰由２８５．３ｅＶ向高结合能方向位移至２８５．７ｅＶ。     

纤锌矿氮化镓基阶梯量子阱中界面声子的色散谱与散射率

本文理论分析了纤锌矿GaN-基阶梯量子阱中的电子-界面光学声子散射性质。阶梯量子阱中的解析的界面声子态及Frhlich电子-声子相互作用哈密顿被导出了。在考虑强内建电场效应及能带的非抛物性特性的情况下,阶梯量子阱结构精确解析的电子本征态也被给出了。以一个四层纤锌矿AlN-基阶梯量子阱为例进行了数值计算。结果发现,系统中存在四支界面光学声子模,这一观察明显不同于对称的GaN/AlN单量子阱与双量子阱的情况。这一差异被归结为阶梯量子结构的非对称性。GaN-基阶梯量子阱中的子带内散射率与子带间散射率比GaAs-基阶梯量子阱的结果大一个数量级,这被归因于GaN-基晶体大的电子-声子耦合常数。GaN-基阶梯量子阱的子带内散射率表现出与GaAs-基体系类似的结构参数依赖关系,但两类体系的子带间散射率对阶梯量子阱结构参数依赖则明显不同,这被归结为GaN-基阶梯量子阱结构中强的内建电场效应及带的非抛物性。结果还表明,高频界面声子模相对于低频界面声子模,对散射率的贡献更大。     

Zn吸附到含有氧空位(VO)以及羟基(-OH)的锐钛矿相TiO2(101)表面电子结构的第一性原理计算

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Zn吸附到TiO₂(101)清洁表面、含有氧空位(V_O)的缺陷表面以及既含有氧空位(V_O)又含有羟基(-OH)表面的能量、Mulliken重叠布居数以及电子结构, 并找到了Zn在每种表面的最稳定结构(分别为模型(c), 模型(aI)以及模型(aII)). 通过对三种表面稳定结构的分析、对比发现: 首先, Zn原子吸附到清洁TiO₂(101)表面上, 主要与表面氧相互作用, 形成Zn–O共价键; 其次, 当Zn原子吸附到缺陷表面时, 吸附能减小到-1.75 eV, 说明Zn更容易吸附到氧空位上(模型(aI)); 最后, 纵观表面模型的能带结构以及态密度图发现, -OH的引入并没有引进新的杂质能级, Zn吸附此表面, 即Zn-TiO₂-V_O-OH, 使得禁带宽度缩短到最小(1.85 eV), 从而有望提高TiO₂的光催化活性. 关键词： 密度泛函理论 氧空位 羟基 Zn原子     

The optical transition in porous Si: The effects of quantum confinement,surface states and hydrogen passivation

Summary We present a theoretical study of two infinite wires of Si with a different lateral size. The analysis is based on the linear muffin tin orbitals method in the atomic sphere approximation (LMTO-ASA). We consider free, partially and totally H-covered [001] Si quantum wires with rectangular cross-section. The results of this investigation prove the quantum wire nature of porous Si and interpret many of its physical features. In particular we show thata) as expected quantum confinement originates the opening of the LDA gap;b) the gap opening effect is asymmetric: 1/3 of the widening is in the valence band, while 2/3 in the conduction band;c) the near band gap states originate from Si atoms located at the center of the wire;d) the confinement is enhanced in the case of free surfaces;e) the imaginary part of the dielectric function shows a low-energy side structure strongly anisotropic, identified as responsible of the luminescence transition;f) the presence of dangling bonds destroys the luminescence properties;g) in spite of featurec), all Si atoms are collectively involved in the luminescence transition;h) the shift detected by the Si L_{2, 3}VV Auger signal is due to H-interaction effect and is not a measure of the quantum confinement effect;i) the Si atoms probed by the Si L_{2, 3}VV Auger are bonded with H and H₂. Paper presented at the III INSEL (Incontro Nazionale sul Silicio Emettitore di Luce), Torino, 12–13 October 1995.     

表面氧钝化碳化硅纳米团簇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(DFT)和广义梯度近似(GGA),对氧钝化条件下4H-SiC纳米团簇的电子结构和光学性质进行了研究。计算了不同直径的4H-SiC纳米球氧钝化后的能带结构、电子态密度和光学性质。团簇的尺度在0.4~0.9 nm之间,构建表面仅存在硅氧双键和表面仅存在碳氧双键的两种模型。研究表明硅氧双键和碳氧双键所引起的缺陷态位于原4H-SiC的价带和导带之间,并且缺陷态与价带顶的能量差随纳米团簇颗粒直径的增大而减小;缺陷态主要是由Si原子外层电子和氧原子外层电子轨道杂化引起的。同时,由于氧的存在,对碳化硅的结构产生一定的影响,这也是缺陷态形成的一个原因。另外,碳氧双键和硅氧双键钝化对4H-SiC纳米团簇的光学性质有着不同的影响。在表面仅存在C=O的情况下,4H-SiC纳米团簇表现出各向同性的性质。在表面仅存在Si=O的情况下,4H-SiC纳米团簇表现出各向异性的性质。     

H,F修饰单层GeTe的电子结构与光催化性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了单层GeTe、表面氢化及氟化单层GeTe的晶体结构、稳定性、电子结构和光学性质.计算结果表明,经过修饰后, GeTe的晶格常数、键角、键长增大,且均具有较好的稳定性.电子结构分析表明,单层GeTe为间接带隙半导体,全氢化修饰、全氟化修饰以及氢氟共修饰(F, Ge同侧;H, Te同侧)则转变为直接带隙半导体,且修饰后的能隙均不同程度减小.载流子有效质量表明,全氢化、全氟化以及氢氟共修饰GeTe (F, Ge同侧;H, Te同侧)的有效质量减小,其载流子迁移率增强.带边势分析结果显示,单层GeTe能够光裂解水制氢和析氧,而修饰后的GeTe的价带带边势明显下移,其氧化性明显增强,能够光裂解水析O2, H2O2, O3以及OH·等产物.光学性质表明,修饰后的GeTe对可见光区和红、紫外区的光谱吸收效果明显增强,表明其在光催化领域有着广阔的应用前景.     

The bonding of water molecules to platinum surfaces

Using high resolution electron energy loss spectroscopy in ultra-high vacuum we have studied the vibrational spectrum of submonolayer and multilayer quantities of water adsorbed on platinum (100) surfaces. For adsorbed multilayers the spectrum resembles the spectrum of ice I. For submonolayer quantities of H₂O we find three different OH stretching vibrations, 2850, 3380, and 3670 cm^?1. The highest frequency is attributed to free OH groups. The vibration around 3380 cm^?1 indicates H bonding between oxygen atoms. It is therefore concluded that the water molecules cluster even at low coverage. The lowest OH stretching frequency is attributed to H bonding to platinum. We find also evidence for additional oxygen lone pair orbital bonding to the surface which disappears however when the first monolayer is completed. The relation to currently considered models in electrochemistry of aqueous solutions is discussed.     

席夫碱化合物的SERS与NIR FT-Raman比较研究

席夫碱化合物的ＳＥＲＳ与ＮＩＲＦＴ┐Ｒａｍａｎ比较研究叶勇胡继明郁鉴源＊周群＊曾云鹗（武汉大学分析测试科学系武汉４３００７２）＊（清华大学分析中心北京１０００８４）ＳＥＲＳａｎｄＦＴ┐ＲａｍａｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃＳｔｕｄｙｏｆＳｃｈｉｆＢａｓ...     

Benefits of oxygen in CuInSe2 and CuGaSe2 containing Se-rich grain boundaries

Using density functional theory calculation, we show that oxygen (O) exhibits an interesting effect in CuInSe₂ and CuGaSe₂. The Se atoms with dangling bonds in a Se-rich Σ3 (114) grain boundary (GB) create deep gap states due to strong interaction between Se atoms. However, when such a Se atom is substituted by an O atom, the deep gap states can be shifted into valence band, making the site no longer a harmful non-radiative recombination center. We find that O atoms prefer energetically to substitute these Se atoms and induce significant lattice relaxation due to their smaller atomic size and stronger electronegativity, which effectively reduces the anion–anion interaction. Consequently, the deep gap states are shifted to lower energy regions close or even below the top of the valence band.     

Possible effects of oxygen in Te-rich Σ3 (112) grain boundaries in CdTe

Using density functional theory calculation, we show that oxygen (O) exhibits an interesting effect in CdTe. The Te atoms with dangling bonds in a Te-rich rich Σ3 (112) grain boundary (GB) create deep gap states due to strong interaction between Te atoms. However, when such a Te atom is substituted by an O atom, the deep gap states can be shifted toward the valence band, making the site no longer a harmful non-radiative recombination center. We find that O atoms prefer energetically substituting these Te atoms and induce significant lattice relaxation due to their smaller atomic size and stronger electronegativity, which effectively reduces the anion–anion interaction. Consequently, the deep gap states are shifted to lower energy regions close to or even below the top of the valence band.     

Initial Processes of Hydrogen Adsorption on Si（100） Surface

The adsorption of one monolayer H atoms on an ideal Si(100) surface is studied by using the self-consistent tight binding linear muffin-tin orbital method. Energies of adsorption systems of H atoms on different sites are calculated.It is found that the adsorbed H atoms are more favorable on B1 site (bridge site) with a distance 0.056 nm above the Si surface. There does not exist reaction barrier at the Si surface. The layer projected density states are calculated and compared with those of the clean surface. The charge transfers are also investigated.     

Initial Processes of Hydrogen Adsorption on Si(100) Surface

The adsorption of one monolayer H atoms on an ideal Si(100) surface is studied by using the self-consistent tight binding linear muffin-tin orbital method. Energies of adsorption systems of H atoms on different sites are calculated.It is found that the adsorbed H atoms are more favorable on B1 site (bridge site) with a distance 0.056 nm above the Si surface. There does not exist reaction barrier at the Si surface. The layer projected density states are calculated and compared with those of the clean surface. The charge transfers are also investigated.