过渡金属W、Mn、V、Ti掺杂二维材料MoSi_(2)N_(4)的第一性原理计算

本文基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了W、Mn、V、Ti替位掺杂二维MoSi_(2)N_(4)后的几何结构、电子结构以及光学性质的变化.电子结构分析表明W、Mn、W、Ti替位掺杂二维MoSi_(2)N_(4)后的禁带宽度分别为1.806 e V、1.003 e V、1.218 e V和1.373 e V;四种过渡金属掺杂后MoSi_(2)N_(4)的带隙类型没有发生改变,均为间接带隙半导体;W掺杂后的杂质能级靠近价带顶,费米能级靠近价带顶,为p型半导体,杂质能级为受主能级;Mn掺杂后的杂质能级靠近导带底,费米能级靠近导带底,为n型半导体;V和Ti掺杂后杂质能级位于费米能级附近,为复合中心;光学性质分析表明,在2 e V~4 e V的能量区间内,W掺杂结构的吸收波长为336 nm,体系发生红移;Mn、V和Ti替位掺杂后的吸收波长分别为320 nm、358 nm和338 nm,且掺杂体系均发生蓝移.

GaAs衬底温度对液滴外延法生长In液滴的影响

采用液滴外延法在GaAs(001)衬底上生长In液滴,利用原子力显微镜(AFM)对不同衬底温度下生长的样品进行表征,观察其表面形貌。研究表明In液滴的生长对衬底温度十分敏感,随着衬底温度的升高,液滴密度逐渐减小,液滴尺寸逐渐增大。分析了In液滴在不同衬底温度形成过程的物理机制,解释了该实验现象的原因。根据成核理论中最大团簇密度与衬底温度之间的关系,拟合计算出In液滴密度与衬底温度满足的函数关系为n x=5.17 exp(0.69 eV/kT)。

图形衬底对多周期InGaAs量子点自组装生长的影响

量子点器件技术广泛应用于量子计算和光电器件上.成核位置的均匀性、有序性和尺寸一致性,可以有效提高光电器件性能.为了实现阵列量子点的可控性,本文采用湿法刻蚀制备图形化衬底,理论上解释了铟原子在图形化衬底上成核现象,产生有序的量子点分布特征,发现图形衬底的缺陷诱导在平台边缘和沟壑边缘成核,形成较大的量子点.在Stranski-Krastanow模式下图形衬底制备多周期量子点,发现多周期生长可以弱化台阶结构对量子点分布的限制作用.

基于液滴外延技术变Al、Ga组分对GaAs表面液滴生长形貌的影响

液滴外延技术不仅适用于晶格失配,也适用于晶格匹配材料系统,且易于制备低维半导体结构,如低密度量子点、环等.本文研究了液滴外延法在GaAs表面进行不同Al、Ga组分的量子点生长.在实验中用反射式高能电子衍射仪(Reflection High Energy Electron Diffraction, RHEED)对样品进行原位监控.通过控制Al、Ga液滴的沉积速率来控制液滴同时沉积在衬底上形成的组分.研究发现,随着Al组分的增加,量子点逐渐变得密集,润湿角变低.在Al组分增高超过0.5之后,出现了大小不一的量子点,且量子点密度出现指数型增长.对此进行研究分析,给出了一个经验公式,并就现象进行了解释.

In液滴在GaAs(001)表面扩散行为的研究

量子点的物理与光电性质主要依赖于其尺寸及密度参数,而量子点的密度、高度等参数又控制着原子在衬底上的成核行为.本文采用液滴外延法在GaAs(001)表面生长金属In液滴,研究了In液滴的扩散运动与衬底温度和沉积速率之间的关系,研究发现,随着衬底温度的升高和沉积速率的降低,In液滴尺寸增大密度却降低.通过得到的实验数据,拟合关于In液滴密度与衬底温度和沉积速率的曲线,分析了量子环的生长机制,并根据原子的表面迁移行为,进一步分析其表面原子扩散机理.

In液滴低温时在不同沉积量下的形貌演变分析

本文研究了低温时不同沉积量的In液滴在GaAs(001)衬底上的形貌特征.在衬底温度为160℃时,对In液滴形貌进行观察和分析并根据经典的成核理论解释了不同沉积量下In液滴纳米结构的形成机制和In液滴形貌随沉积量的演变规律;通过对液滴数量,直径和高度以及液滴周围出现扩散圆盘的直径和高度进行统计,结合液滴形貌与沉积量的相关理论公式以及本文实验中所得数据,拟合计算出In液滴产生扩散圆盘的最小沉积量约为3.3 ML,表明In液滴的沉积量大于3.3 ML时才会形成圆盘.相关研究结果对液滴外延法制备InAs纳米结构具有指导意义.

Ni、Cu掺杂二维CuI结构的第一性原理计算

基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理OTFG赝势法,研究了本征CuI、二维CuI以及二维CuI掺杂Ni、Cu后的晶体结构、电子结构以及光学性质。结果表明:Ni、Cu掺杂后的二维CuI发生晶格畸变,晶格常数变大,并在二维CuI禁带中引入杂质能级,导致禁带变窄。掺杂Ni、Cu使得费米能级上移进入导带,增强了CuI的金属性质。此外,掺杂Ni后的二维CuI存在自旋极化,体系表现出半金属性质。光学性质计算结果表明:掺杂后的二维CuI介电函数虚部主峰出现红移,吸收系数显著提高,并且很好地改善了其在可见光区的光学跃迁特性。对Ni、Cu掺杂的二维CuI体系的电子结构及光学性质的分析为CuI半导体材料在光电子器件区域的应用提供了理论基础。

不同缺陷对二维MoSi_(2)N_(4)的电子结构及光学性质影响

二维材料以优良性能在各领域表现出巨大潜力,单层MoSi_(2)N_(4)材料具有非磁性半导体和良好的稳定性。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究在氮、硅、钼空位下二维MoSi_(2)N_(4)的光电性质。研究结果显示:和本征二维MoSi_(2)N_(4)相比,外层氮和钼原子缺陷结构的禁带宽度缩减极大,而内层氮和硅原子缺陷结构的禁带宽度分别为0.781和0.736 eV,均有所减小。在导电类型方面,二维MoSi_(2)N_(4)因为内层氮缺陷由p型半导体转变为n型半导体。同时,各个缺陷结构均使二维MoSi_(2)N_(4)发生了不同程度的红移。二维MoSi_(2)N_(4)以材料性能优异,研究光电性能对新一代光电器件具有重要意义。