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二维g-AlN材料中n型掺杂探索:基于第一性原理的带电缺陷计算 被引量:1
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作者 刘雪飞 吕兵 +1 位作者 肖文君 罗子江 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2021年第5期165-172,共8页
电荷转移能级和缺陷形成能的计算对探索半导体材料的n型和p型掺杂效率具有重要的指导意义.基于第一性原理方法,结合二维带电缺陷计算理论,系统计算了二维氮化铝中四种(C_(Al),Si_(Al),Ge_(Al),Sn_(Al))可能的n型掺杂体系的结构、磁学、... 电荷转移能级和缺陷形成能的计算对探索半导体材料的n型和p型掺杂效率具有重要的指导意义.基于第一性原理方法,结合二维带电缺陷计算理论,系统计算了二维氮化铝中四种(C_(Al),Si_(Al),Ge_(Al),Sn_(Al))可能的n型掺杂体系的结构、磁学、电学以及缺陷性质.结果表明,四种体系的最稳定价态均为+1价和0价,Sn_(Al)具有较深的施主能级,不具备为二维g-AlN提供n型载流子的条件,而C_(Al),Si_(Al),Ge_(Al)表现为浅能级施主特性,均能在一定条件下成为理想的施主杂质,其中Si_(Al)具有最浅的施主特性以及最低的缺陷形成能,因而是二维g-AlN中实现n型掺杂的首选掺杂剂.另外,在p型二维g-AlN中,四种掺杂原子都会成为有效的空穴捕获中心,严重降低p型载流子导电率.研究数据将会为实验上实现二维g-AlN n型掺杂提供理论解释和指导. 展开更多
关键词 二维g-AlN 第一性原理 带电缺陷计算
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二维BN中四种本征带电缺陷电学和磁学性质第一性原理计算
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作者 刘雪飞 吕兵 罗子江 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期1167-1172,共6页
本征缺陷是半导体中最常见的缺陷,对本征缺陷在带电情况下的电学和磁学性质进行研究对深入理解半导体材料属性至关重要。本文基于密度泛函理论,首先对二维六方氮化硼(h-BN)的本征电子结构、载流子有效质量,弹性模量、杨氏模量和泊松比... 本征缺陷是半导体中最常见的缺陷,对本征缺陷在带电情况下的电学和磁学性质进行研究对深入理解半导体材料属性至关重要。本文基于密度泛函理论,首先对二维六方氮化硼(h-BN)的本征电子结构、载流子有效质量,弹性模量、杨氏模量和泊松比进行计算,发现其载流子有效质量具有各向异性,力学性质具有各向同性。然后对h-BN中最稳定价态下4种本征缺陷(VB,VN,BN,NB)的结构、电学和磁学性质进行深入讨论,结合电子配位构型和自旋态密度解释了各种缺陷在不同带电价态下的磁矩产生机制。 展开更多
关键词 二维h-BN 带电缺陷 本征缺陷 磁学性质 第一性原理
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二维BN材料中n型掺杂探索:基于第一性原理的带电缺陷计算
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作者 刘雪飞 吕兵 罗子江 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2020年第9期1646-1652,共7页
半导体材料的有效掺杂可为半导体器件的成功应用提供保障。理论上,通过计算缺陷形成能和电荷转移能级可以预测掺杂的难易性以及缺陷能级的深浅性。基于密度泛函理论,结合二维带电缺陷计算方法,系统计算二维BN材料中四种(C B,Si B,Ge B,S... 半导体材料的有效掺杂可为半导体器件的成功应用提供保障。理论上,通过计算缺陷形成能和电荷转移能级可以预测掺杂的难易性以及缺陷能级的深浅性。基于密度泛函理论,结合二维带电缺陷计算方法,系统计算二维BN材料中四种(C B,Si B,Ge B,Sn B)潜在n型掺杂体系的缺陷性质。结果表明,C B(Sn B)体系最稳定价态为+1价(-1价)和0价,而Si B,Ge B体系最稳定价态为+1价,0价和-1价,C B,Si B与Ge B体系相应的施主离子化能为2.00 eV,3.57 eV和4.06 eV,均表现为深能级施主,很难为BN提供n型载流子。另外,C B体系在宿主BN为p型掺杂时+1价态具有负形成能,将会严重降低BN p型掺杂效率及空穴导电率。该研究结果可为实验上对二维BN进行掺杂尝试提供理论依据。 展开更多
关键词 二维BN N型掺杂 第一性原理 带电缺陷计算 电荷转移能级
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单层蓝磷带电点缺陷的结构稳定性及电子性质
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作者 马荣荣 马晨蕊 +2 位作者 葛梅 郭世祺 张均锋 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期269-276,共8页
作为一种新型的二维材料,蓝磷因其具有较高的载流子迁移率和较大的禁带宽度引起了研究者们极大的研究兴趣.近年来已有研究讨论了蓝磷中的结构缺陷,但是关于其缺陷带电性质的研究尚未见报道.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,... 作为一种新型的二维材料,蓝磷因其具有较高的载流子迁移率和较大的禁带宽度引起了研究者们极大的研究兴趣.近年来已有研究讨论了蓝磷中的结构缺陷,但是关于其缺陷带电性质的研究尚未见报道.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,讨论了蓝磷SW(Stone Wales)缺陷、单空位(SV)缺陷、两种双空位缺陷(DV-1和DV-2)以及两种替位缺陷(OP和CP)的带电性质.利用带电缺陷体系能量依赖于晶胞尺寸的渐进表达式进行外推的方法,修正了蓝磷带电缺陷体系的形成能.研究结果表明,在所讨论的缺陷中,富O条件下OP具有最低的形成能,最稳定;而SV的离化能最小,最容易电离.引入的缺陷态会对蓝磷的禁带宽度产生影响.缺陷带电过程中,缺陷态位置变化导致绝大部分缺陷转变为深能级缺陷.本研究结果对缺陷工程在二维材料上的应用提供了一定的理论指导. 展开更多
关键词 第一性原理计算 蓝磷 带电缺陷 离化能
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MoSi_(2)N_(4)的本征点缺陷以及掺杂特性的第一性原理计算
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作者 徐思源 张召富 +2 位作者 王俊 刘雪飞 郭宇铮 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期296-304,共9页
新兴二维材料MoSi_(2)N_(4)因其卓越的半导体性能,包括出色的环境稳定性和高载流子迁移率而受到相当多的关注.然而,半导体中的本征缺陷往往不可避免并且会显著影响器件性能.本文使用密度泛函理论计算并分析了MoSi_(2)N_(4)中本征点缺陷... 新兴二维材料MoSi_(2)N_(4)因其卓越的半导体性能,包括出色的环境稳定性和高载流子迁移率而受到相当多的关注.然而,半导体中的本征缺陷往往不可避免并且会显著影响器件性能.本文使用密度泛函理论计算并分析了MoSi_(2)N_(4)中本征点缺陷的性质及其产生的影响.首先确认了该材料物理性质与目前实验数据的一致性,之后通过计算12种本征缺陷的形成能,发现钼替硅型反位缺陷(Mo_(Si))在所有本征缺陷中占主导地位.在整体电荷保持中性的约束条件下,通过自洽费米能级计算,本文发现仅仅引入本征缺陷的MoSi_(2)N_(4)会表现出本征特征,这体现了其作为半导体器件材料的潜力,然而该本征性质与在生长过程中观察到的二维MoSi_(2)N_(4)的p型特征相矛盾.而在后来的缺陷浓度计算中,发现对于MoSi_(2)N_(4)用适当的杂质进行掺杂,可以实现n型和p型半导体特征,且本征缺陷的补偿效应很弱.这表明在生长过程中MoSi_(2)N_(4)的p型特征可能是由于非平衡生长条件下引入的杂质或硅空位缺陷造成的.本工作不仅展示了MoSi_(2)N_(4)在半导体器件应用上的潜力,还为未来该材料缺陷机理的研究提供了数据支撑. 展开更多
关键词 密度泛函理论 本征缺陷 带电缺陷校正 二维材料
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硅中硼离子注入的带电缺陷动力学模拟
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作者 李鹏迪 刘俊 +5 位作者 郑淇蓉 张传国 李永钢 张永胜 赵高峰 曾雉 《计算物理》 CSCD 北大核心 2021年第3期361-370,共10页
为准确描述硼离子注入硅后缺陷/杂质的动力学物理过程,获得硼浓度空间分布及其演化行为,构建一个跨尺度带电缺陷动力学模型,考虑离子注入缺陷的产生及其演化的多种微观过程,包括缺陷电荷态和带电缺陷间的反应、硼—自间隙团簇(BICs)演... 为准确描述硼离子注入硅后缺陷/杂质的动力学物理过程,获得硼浓度空间分布及其演化行为,构建一个跨尺度带电缺陷动力学模型,考虑离子注入缺陷的产生及其演化的多种微观过程,包括缺陷电荷态和带电缺陷间的反应、硼—自间隙团簇(BICs)演化以及缺陷与载流子相互作用等物理过程。模拟得到与实验一致的硼浓度深度分布。结果表明:BICs对硼浓度的深度分布起主要作用,而间隙硼(BI)导致硼浓度分布向深处扩展;计及缺陷的不同电荷态修正自间隙(I)和硼间隙(BI)的扩散系数,从而更准确地描述硼浓度分布。模型揭示了硼离子注入硅发生的物理过程和微观机理,证明BICs和缺陷真实的电荷态是描述硼浓度分布的重要因素,为半导体器件制造与研发提供理论指导。 展开更多
关键词 硼离子注入 带电缺陷 动力学模型
原文传递
MoS2中带电点缺陷性能的理论研究
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作者 肖金 陈敏敏 +2 位作者 张丹 崔丽玲 何军 《湖南工业大学学报》 2020年第6期76-85,共10页
采用一个严谨的、透明的、与体系维度无关的带电缺陷计算理论TRSM模型,系统研究了MoS2中点缺陷的形成能。研究结果表明,单层MoS2的所有n型或p型固有缺陷电离能级都很深,并且S空位(VS)缺陷也不是实验观察到的n型导电性的起源。相反,H原... 采用一个严谨的、透明的、与体系维度无关的带电缺陷计算理论TRSM模型,系统研究了MoS2中点缺陷的形成能。研究结果表明,单层MoS2的所有n型或p型固有缺陷电离能级都很深,并且S空位(VS)缺陷也不是实验观察到的n型导电性的起源。相反,H原子吸附在MoS2中具有非常低的离化能,可能是MoS2具有n型导电性的原因。 展开更多
关键词 二硫化钼 带电缺陷 形成能 第一性原理 TRSM
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基于第一性原理的二维g-AlN材料p型掺杂研究 被引量:2
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作者 肖文君 刘天运 刘雪飞 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2020年第12期2261-2267,共7页
半导体材料通过掺杂实现n型和p型载流子导电在半导体器件领域具有重要意义,理论上可通过计算电荷转移能级和缺陷形成能来探索半导体材料的n型和p型掺杂效率。基于第一性原理,结合二维带电缺陷计算方法,类石墨烯氮化铝(graphene-like AlN... 半导体材料通过掺杂实现n型和p型载流子导电在半导体器件领域具有重要意义,理论上可通过计算电荷转移能级和缺陷形成能来探索半导体材料的n型和p型掺杂效率。基于第一性原理,结合二维带电缺陷计算方法,类石墨烯氮化铝(graphene-like AlN,g-AlN)中的四种(Be Al,Mg Al,Ca Al,Sr Al)潜在p型掺杂缺陷的结构、磁学、电学和缺陷形成能及转移能级被系统地计算。结果表明,所有缺陷体系均表现为深受主能级特性,很难为二维g-AlN提供p型载流子,它们反而会捕获g-AlN中的空穴,从而严重影响二维g-AlN材料的空穴导电率。Be Al在整个电子化学势范围内具有最小的形成能,因此更加容易掺入到g-AlN中,影响g-AlN材料的p型掺杂效率。 展开更多
关键词 二维g-AlN 第一性原理 带电缺陷计算 电荷转移能级 P型掺杂 缺陷形成能
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二维h-BN材料p型可掺杂性研究 被引量:1
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作者 肖文君 刘天运 +1 位作者 刘雪飞 罗子江 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期10161-10167,共7页
掺杂对提高半导体材料的载流子浓度,改善半导体器件性能具有关键意义。理论上,通过计算带电缺陷形成能和电荷转移能级可以预测半导体材料中的p型掺杂是否容易实现。本文基于广义梯度近似理论,利用第一性原理方法,结合二维带电缺陷校正技... 掺杂对提高半导体材料的载流子浓度,改善半导体器件性能具有关键意义。理论上,通过计算带电缺陷形成能和电荷转移能级可以预测半导体材料中的p型掺杂是否容易实现。本文基于广义梯度近似理论,利用第一性原理方法,结合二维带电缺陷校正技术,并使用维也纳第一性原理计算软件(VASP)系统计算了二维六方氮化硼(h-BN)中的几种掺杂体系,包括X B体系(X=Be,Mg,Ca,Sr)和Y N体系(Y=C,Si,Ge)共7种潜在的p型掺杂体系的缺陷性质。计算结果表明,SiN缺陷的受主离子化能为0.8 eV,表现为准浅能级受主,而其它6种缺陷均为深能级受主,无法为h-BN提供有效p型载流子。SiN具有较高的缺陷形成能,因而只能靠离子注入等非平衡方式掺入到h-BN中。 展开更多
关键词 二维h-BN 第一性原理 密度泛函理论 带电缺陷计算 电荷转移能级 P型掺杂 缺陷形成能
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Review:Research progress on Fabry-Perot resonator antenna
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作者 Zhen-guo LIU Zhi-chen GE Xi-yuan CHEN 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第4期583-588,共6页
The Fabry-Perot resonator (FPR) antenna has found wide applications in microwave and millimeter waves and recently attracted considerable interest. In this paper, a summary of planar and cylindrical structures, analyt... The Fabry-Perot resonator (FPR) antenna has found wide applications in microwave and millimeter waves and recently attracted considerable interest. In this paper, a summary of planar and cylindrical structures, analytic models and research development is presented, and a comparison between these structures and analytic models is made, showing that such analytic models as the FP cavity mode, electromagnetic band gap (EBG) defect mode, transmission line mode, and leaky-wave mode are consistent when applied to analyze this type of resonator antenna. Some interesting topics under recent research, including dual or multi-band, improvement of gain bandwidth, low profile and beam control, are surveyed. 展开更多
关键词 Fabry-Perot resonator (FPR) antenna Electromagnetic band gap (EBG) resonator antenna Leaky-wave antenna Defect mode Artificial magnetic conductor (AMC) Frequency selective surface (FSS)
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