单轴应变对本征和N掺杂4H-SiC电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了单轴应变对本征和N掺杂4H-SiC电子结构的影响.研究表明应变可以有效调控本征和N掺杂4H-SiC的带隙,在拉应变作用下,带隙单调减小;而在压应变作用下,带隙先增大后减小,当压应变为-1%时,带隙达到最大值.对态密度的分析可知本征和N掺杂4H-SiC的价带顶主要来自Si 3p和C 2p态电子,导带底主要来自Si 3p态电子,C 2p态和Si 3p态通过影响价带顶和导带底从而导致应变结构中带隙发生变化.通过Mulliken布局和差分电荷密度分析可知,随着晶格常数的增加Si原子向C原子和N原子转移的电荷减少,同时Si-C原子和Si-N原子之间的共价性减弱.

基于第一性原理的镧掺杂氧化锌的性质研究

本文采用第一性原理计算方法开展La掺杂ZnO的缺陷研究,分析了La在ZnO中的不同占位缺陷:替换位和间隙位缺陷的形成能、能带和态密度;证明了La掺杂ZnO的生长过程中,La替换Zn原子形成替换位缺陷的可能性要比进入间隙位形成间隙位缺陷大,而在形成替换位缺陷时,选择富氧的生长环境要比富锌的生长环境好,替换位缺陷有助于提高ZnO的导电能力,改善ZnO的性能.本文的研究结果能够为La掺杂ZnO的实验和应用提供一定的理论参考.

Cs阳离子掺杂对CH_(3)NH_(3)PbI_(3)钙钛矿电子性质的影响研究

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池被报道具有极高的功率转换效率,是下一代太阳能电池材料有希望的候选者,但其化学性质极不稳定,在高温高湿条件下易分解.本研究采用无机Cs阳离子取代CH_(3)NH_(3)PbI_(3)结构中的CH_(3)NH_(3)有机阳离子,利用第一性原理密度泛函理论,计算了未掺杂CH_(3)NH_(3)PbI_(3)钙钛矿和Cs阳离子掺杂钙钛矿的电子性质.结果表明,适当比例的Cs阳离子掺杂能够增强Pb-I的相互作用力,且Cs阳离子掺杂并未改变钙钛矿直接半导体的属性.Cs阳离子与Pb-I框架之间强的共价相互作用,导致Cs阳离子掺杂钙钛矿具有更加稳定的晶体结构.这项工作阐明了Cs阳离子掺杂钙钛矿材料高稳定性的潜在机理,可以为将来设计高效稳定的钙钛矿光伏材料提供一定的理论依据.

碲镉汞PIN结构雪崩器件的I区材料晶体质量研究

本文对中波红外PIN结构的碲镉汞(HgCdTe)雪崩器件关键雪崩区域的材料晶体质量进行研究。通过在实验材料上对PIN结构雪崩器件的全过程工艺模拟,采用微分霍尔、微分少子寿命等测试手段进行材料表征,评估获得了关键雪崩区域的真实材料晶体质量。研究发现,现有优化工艺下雪崩区域的晶体质量良好,拟合材料的SRH寿命最好能达到20.7μs,可达到原生材料SRH寿命的相当水平,满足高质量中波碲镉汞雪崩器件的研制要求。同时,我们以获得的雪崩区域SRH寿命为基础,对HgCdTe APD结构器件进行相应2维数值模拟,获得理论最优的暗电流密度8.7×10^(-10) A/cm^(2)。

界面特性对InAs/GaSb Ⅱ型超晶格光学性质影响理论研究

InAs/GaSb Ⅱ型超晶格是中红外谱段光电子器件的核心结构,其Ⅱ型能带排列特点使电子、空穴在实空间分离而跨过界面,其非公共原子构型使得界面态丰富。我们在Burt-Foreman包络函数理论的基础上,讨论了不同界面态对超晶格电子能态和波函数的调控作用。理论计算表明,超晶格缓变界面和界面势两种不对称界面态分布,都会导致重空穴带的自旋劈裂,而只有施加界面势时才会使得轻空穴带发生自旋劈裂。此外,研究了改变阱宽和改变势垒时超晶格体系带隙的变化趋势。结果表明,随着势垒厚度增大,陡峭界面和缓变界面两种界面态下的带隙计算结果逐渐降低,并且随着厚度增加带隙趋于收敛,而界面势下的带隙计算结果随着势垒厚度的增大而增大,与前两者呈现相反的趋势,这为中红外超晶格器件的精确设计提供了可参考的理论基础。

形变超晶格的位错模型与粒子的退道效应

引入位错模型讨论粒子的退道效应 .把超晶格的沟道偏折等效为位错引起的沟道弯曲 ,并对刃型位错的退道行为作了具体分析 .利用正弦平方势 ,把粒子运动方程化为具有外力矩的摆方程 ,用能量法分析了系统的相平面特征 ,导出了系统的退道系数 .

CdTe和HgTe能带结构的第一性原理计算

利用基于第一性原理的FLAPW方法计算了CdTe和HgTe的能带结构和态密度 .引进并利用快速搜索法计算了体系平衡时的晶格常数 ,相对于传统方法 ,更快速地得到了准确的平衡态的晶格常数 .本文在计算得到与实验结果符合很好的能带结构和态密度的同时 。

Al-N共掺杂ZnO电子结构和光学性质

基于密度泛函理论的第一性原理,分析了Al-N共掺杂ZnO的电子结构和光学性质。计算了Al-N复合体共掺ZnO的结合能,发现Al-N复合体可以在ZnO中稳定存在,因此Al-N共掺可以提高N在ZnO的固溶度。研究表明：N掺杂ZnO体系,由于N-2p和Zn-3d态电子轨道杂化作用,在费米能级附近引入深受主能级,价带顶和导带底发生位移,导致禁带宽带变窄。而Al-N共掺杂体系,适当控制Al和N的比例,克服了N单掺杂时受主间的相互排斥,降低了受主能级,对改善ZnO的p型掺杂有重要意义。在Al-N共掺ZnO中,Al的引入,导致共掺体系的禁带宽度减小,吸收带边红移,实验现象证实了这一结果。

形(应)变超晶格的沟道效应与系统的相平面特征

利用正弦平方势,把粒子运动方程化为具有δ力矩的摆方程.分析了无扰动系统的相平面特征,计算了扰动系统的退道效应.讨论了退道系数与晶格形变之间的关系.

正弦平方势与形变超晶格系统的混沌行为

假设超晶格“折沟道”对粒子的作用等效为形状相似的周期调制 ,利用正弦平方势把粒子运动方程化为具有阻尼力和周期调制的非线性微分方程 .利用Melnikov方法分析了系统的全局分叉和它的混沌行为 .指出了超晶格沟道效应的无规现象与系统混沌的相关性 .

高温工作垂直腔面发射半导体激光器现状与未来(特邀)

垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)具有可调控的光斑形貌、易于二维集成、窄光谱宽度、尺寸小等独特优势,尤其是VCSEL激光器高的波长温度稳定性与无腔面损伤特性,在工作温度要求苛刻的高温环境下具有极为优秀的工作表现。介绍了VCSEL激光器的结构原理,对VCSEL激光器在高温工作时激光腔模与增益的温度稳定特性进行了分析。对量子精密测量碱金属原子泵浦高温VCSEL激光器进行分析,并对其国内外发展历程与进展现状进行了介绍;分析数据中心能耗问题带来的高温高速VCSEL激光器需求,并对850 nm与980 nm两个波段的高温高速VCSEL发展历程进行了介绍;最后对高温工作VCSEL激光器未来的发展方向进行了总结展望。

Zn,Cd掺杂AlN电子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的平面波超软赝势方法(USPP),对Zn,Cd掺杂AlN的32原子超原胞体系进行了几何结构优化,从理论上给出了掺杂和非掺杂体系的晶体结构参数。计算了掺杂AlN晶体的结合能、电子态密度、差分电荷密度,并对计算结果进行了细致的分析。计算结果表明,Cd、Zn都可以提供很多的空穴态,是良好的p型掺杂剂,但是相对于Cd,Zn原子在AlN晶体中的溶解度更大,并且可以提供更多的空穴,有利于形成更好的p型电导。

Te掺杂单层MoS_2的电子结构与光电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Te掺杂对单层MoS2能带结构、电子态密度和光电性质的影响。结果表明,本征单层MoS2属于直接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.64 eV。本征单层MoS2的价带顶主要由S-3p态电子和Mo-4d态电子构成,而其导带底则主要由Mo-4d态电子和S-3p态电子共同决定;Te掺杂单层MoS2为间接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.47 eV。同时通过Te掺杂,使单层MoS2的静态介电常数增大,禁带宽度变窄,吸收光谱产生红移,研究结果为单层MoS2在光电器件方面的应用提供了理论基础。

一种类分形结构光子晶体的能带

用时域有限差分方法计算了一种类分形结构光子晶体的能带 数值计算结果表明 ,这种结构的光子晶体在介质柱、空气背景的情况下具有不完全带隙 而且 ,其能带结构随着级数的增大在整体地趋向于低频的同时 。

掺杂超晶格量子阱的沟道效应与沟道辐射

分析了超晶格量子阱的沟道效应和沟道辐射,利用正弦平方势描述了掺杂超晶格量子阱沟道粒子的运动行为,并在经典力学框架内,把粒子的运动方程化为摆方程。用Jacobian椭圆函数和椭圆积分解析地给出了系统的解和粒子运动周期,导出了量子阱沟道辐射的辐射强度和辐射能量。结果表明,对于能量为100MeV左右的电子,辐射能量可达keV量级(X能区)。指出了用量子阱沟道辐射作为X激光或γ激光的可能性。

不同3d过渡金属掺杂对ZnS电子结构和光学性质的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对掺杂不同3d过渡金属元素的闪锌矿型ZnS系统进行了研究。结果表明,掺杂元素的主要贡献在费米面附近,掺杂后系统的价带底、导带均向低能方向移动,带隙变小。Fe、Mn、Cr、V的掺杂为n型掺杂,Cu、Ni、Co的掺杂为p型掺杂。掺杂后系统的光学吸收边都有明显的红移,在绿光区有较强的吸收。此外,V和Cr掺杂系统在远紫外区也有较强的吸收,结果与实验符合。

Sc掺杂ZnO的电子结构和光学性质的影响

本文采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)平面波超软赝势方法,研究了Sc掺杂ZnO体系的晶体结构、电子结构和光学性质.在对Sc掺杂结构优化的基础上对其进行了数值模拟计算,结果表明:随着Sc原子的掺入,体系的晶格常数稍微变大,键长变长,体积变大,系统总能增大,费米能级进入导带,体系逐渐呈金属性,带隙变宽且随着掺杂浓度增大而增大.另一方面,掺杂后ZnO的光学性质也发生了一定变化,ZnO吸收谱中出现了新的吸收峰,吸收边蓝移,同时介电函数虚部也出现了新的波峰.

正切平方势单量子阱的本征值和本征函数

鉴于“方形”势阱描述量子阱中的电子运动行为过于简单、过于理想,引入了正切平方势来代替,使结果得到了改善。在量子力学框架内,利用正切平方势把电子的Schrdinger方程化为超几何方程,利用系统参数和超几何函数严格地求解了电子的本征值和本征函数,并以Ga1-xAlxAs-GaAs-Ga1-xAlxAs量子阱为例计算了电子的能级和能级之间的跃迁。结果表明,电子在量子阱中的能量是量子化的,而相邻能级之间的跃迁给出与实验进一步符合的结果。

Mg掺杂CdSe电子结构和光学性质的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,计算了纤锌矿结构Cd1-xMgxSe(x=0,0.125,0.250,0.375)的电子结构和光学性质。结果表明,不同系统的价带顶都主要由Se4p态决定,其位置基本不变;导带底由Se4 s态和Cd5 s共同决定,并且随着掺杂浓度的增加向高能区移动,结果使得带隙展宽,由此使得系统介电函数虚部的峰值和折射率实部的峰值随掺杂浓度的增大而蓝移,计算结果与实验符合。

Ru_2Si_3在应力作用下的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论(Density functional theory)赝势平面波方法,对应力下Ru2Si3的电子结构和光学性质进行了理论计算和比较。计算结果表明:随着正应力的逐渐增大,导带向高能方向移动,带隙Eg明显展宽;随着负应力的逐渐增大,带隙缓慢减小并且始终为直接带隙。光学性质曲线随着负应力的不断减小至正应力的不断增大都向高能方向漂移。