金红石TiO_2本征缺陷磁性的第一性原理计算

基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法模拟计算了金红石相TiO_2的四种本征缺陷(氧空位、钛空位、钛间隙缺陷、氧间隙缺陷)和两种复合缺陷(氧空位与氧间隙复合缺陷、钛空位与钛间隙复合缺陷)的铁磁特性.结合态密度、电子分布及晶体结构变化分析可知,四种本征缺陷均会在系统内引入缺陷态.氧空位、钛间隙缺陷使费米面升高,引起自旋极化,引入磁矩分别为1.62μB与3.91μB;钛空位的缺陷态处于价带顶,使费米面进入价带,表现出明显的p型半导体特性,引入磁矩约为2.47μB;氧间隙缺陷引入缺陷态但仍然处于自旋对称状态,费米面略微下降;氧空位与氧间隙复合缺陷使费米面上升的程度比单个氧空位时大,模拟的超晶胞保持了氧空位的铁磁特性,大小为1.63μB;钛空位与钛间隙复合缺陷以反铁磁方式耦合,但超晶胞仍具有一定的铁磁特性.

本征缺陷对Ag掺杂ZnO的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法对Ag掺杂ZnO体系中Ag缺陷和本征缺陷复合体的几何结构、形成能和电子结构进行了比较研究。研究表明,Ag代替Zn位(AgZn)可以在ZnO中形成受主能级。同时,研究发现,Zni-AgZn和Oi-AgZn的形成能较小,存在的可能性较大。其中,Zni-AgZn呈现明显的n型导电特性,而Oi-AgZn具有p型导电的趋势。因此Oi-AgZn有利于p型ZnO的形成。

六方氮化铝纳米线本征缺陷和氧杂质的光致发光谱研究(英文)

利用AlCl3和NaN3直接反应合成出六方结构氮化铝纳米线.变温光致发光谱显示,在可见光范围内有两个半高宽大约为5nm的尖锐辐射峰,中心波长分别位于413nm和422nm处.同时,在近紫外区还有一个较宽的辐射带,随着温度升高,该辐射峰发生了明显的红移现象,其中心波长随温度线性变化.理论和实验分析表明,413nm辐射与AlN本身性质无关,而422nm辐射峰是与A1有关的两种本征缺陷所致.

4H-SiC晶体中V_(Si)本征缺陷研究

采用平面波展开和第一原理赝势法对4H-SiC理想晶体及与VSi有关的电中性微观本征缺陷(VSi、VC-VSi、VC-C、VSi-Si)的超晶胞进行计算。结果发现:0 K且忽略原子驰豫时,电中性本征缺陷VC-C和VSi的形成能相差为4.472eV,在此基础上分析了亚稳定型本征缺陷VSi向稳定型本征缺陷VC-C转化的理论依据及转化方式,首先发生转移的是h晶格位置上的Si原子,与非故意掺杂4H-SiC外延材料在氙光激励作用下的ESR结果吻合较好。

富含本征缺陷的新型锐钛矿TiO_2纳米管的制备

为阻止纳米管钛酸在转变为新型锐钛矿TiO2时管状结构的破坏,先在纳米管钛酸的内、外表面化学吸附一层物质,用以保护纳米管钛酸在脱水转变为新型锐钛矿TiO2的过程中,管状结构不断裂、不塌陷,然后再除去表面的吸附物质,即可制得纯净的新型TiO2纳米管。新型TiO2纳米管有望应用于可见光"全"分解水制H2、药物缓释剂以及纳米反应器等研究。

水浴法制备CdS薄膜产生的本征缺陷对光电学性质的影响

采用化学水浴沉积法(CBD)在钠钙玻璃衬底上制备硫化镉(CdS)薄膜,研究不同硫酸镉(CdSO_4)浓度下产生的本征缺陷对CdS薄膜光电学性质的影响。采用光致发光光谱、紫外-可见分光光度计及霍尔效应测试系统对薄膜的本征缺陷、光学及电学性质进行分析,发现CdS薄膜主要存在镉间隙(Cdi)及硫空位(VS)等本征缺陷,且VS随CdSO_4浓度的降低而逐渐减少。同时,VS缺陷的减少有利于薄膜透过率的提高,但在一定程度上降低了薄膜的电导率。根据透过率及其相关公式可知,半导体材料中透过率与电导率成e指数反比关系,适当减小薄膜的电导率可以使其透过率得到大幅度的提高,理论解释与实验结果相一致。

本征缺陷对（Ge）_n／（Si）_n应变层超晶格电子结构的影响

本文研究了（Ｇｅ）ｎ／（Ｓｉ）ｎ应变层超晶格（ＳＬＳ）中存在Ｇｅ或Ｓｉ空位时的性质。用Ｒｃｃｕｒｓｉｏｎ［’］方法计算了空位近邻原子的局域态密度（ＬＤＯＳ）和分波态密度（ＰＤＯＳ），计算了超晶格晶胞的总态密度，并得出了各原子的原子价．通过计算我们得出，空位附近原子在带隙中央存在缺陷电子态，空位区形成正电中心，且有空位与没有空位的薄层间存在局域的内建电场。

铌酸锂晶体中本征缺陷的模拟计算

在现有晶体势参数的基础上,利用GULP软件计算了铌酸锂(LiNbO3,LN)晶体的各类本征缺陷的缺陷生成能,并对LN晶体中可能存在的缺陷反应进行了讨论。结果表明,LN晶体中最容易形成(++4VLi-+Nb4+Li)缺陷,且这两类点缺陷倾向于以缺陷簇的形式存在。与此同时,LN晶体中还可能形成(2VLi-+V2+O)缺陷。

在ZnS_xSe_(1-x)单晶中本征缺陷的研究

本文用气相法生长ZnS_xSe_(1-x)(x=0.03)单晶,解理得到(110)面晶片。在组分分压(Zn或S/Se或Se)下300—800℃范围内进行热处理,在4.2K激子发射光谱中观察到与V_(Zn)(Zn空位)有关的I_1deep谱线强度的变化。当热处理温度低于300℃时,未观察到I_1deep谱线强度的变化。在300℃以上热处理样品中均观察到I_1deep谱线强度的变化。由此研究了V_(Zn)浓度随热处理条件的变化。提供了分别控制本征V_(Zn)缺陷和掺杂的实验依据。

Bi^0与石英光纤本征缺陷作用机制研究

基于第一性原理,研究Bi0与石英光纤本征缺陷(ODC(I)和POL)的相互作用机制,计算了反应路径、形成能、电子结构和光学吸收谱等。通过分析反应路径,发现Bi0更易与缺陷POL发生相互作用,反应产物更加稳定,且反应后Bi在该中心表现为二价。当Bi0与本征缺陷ODC(I)产生反应时,Bi原子会与缺陷中的两个Si原子形成一种复杂的络合物结构,从而产生一个位于1400~1500nm近红外波段的吸收峰。本文的计算结果对深入分析石英光纤中Bi0与本征缺陷的作用机制,以及对掺铋光纤的制备过程具有重要的指导意义。

ZnO复合本征缺陷的第一性原理研究

利用密度泛函理论下的第一性原理平面波赝势法,研究了纤锌矿ZnO不同复合本征缺陷的形成能,并在O/Zn=1、O/Zn>1(富氧)和O/Zn<1(富锌)的情况下进行了数值计算.结果显示,O/Zn=1时,Oi-VO缺陷的形成能最低;O/Zn<1(O/Zn>1)时,Zn间隙(O间隙)缺陷形成能最低.因此,在这3种情况下Oi-VO缺陷和O间隙、Zn间隙缺陷是非常重要的缺陷.比较四面体间隙和八面体间隙发现,八面体间隙形成能更低.另外,在富Zn情况下,起主导作用的是Zn间隙和O空位缺陷,这可能是抑制ZnO实现p型转化的原因之一.

硅酸镥晶体本征缺陷和力学性质的研究

采用GULP软件研究了硅酸镥晶体的本征缺陷、力学性质和氧空位的迁移。采用已有的势参数计算得到的结构参数与实验结果吻合的很好。与其他的氧空位相比,VO5的缺陷形成能最低,因此氧空位主要以VO5的形式存在。O的弗伦克尔缺陷具有最低的缺陷形成能,所以氧的弗伦克尔缺陷可能是晶体中存在的最主要的本征缺陷。本文还计算了晶体的弹性常数、体积模量、压缩系数、杨氏模量、泊松比率等力学性质。通过计算相邻氧格位之间氧空位的迁移能,发现O1,O2,O3和O4之间的迁移比较容易。

金红石TiO_2中本征缺陷扩散性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论的爬坡弹性带方法,对金红石相二氧化钛晶体中钛间隙、钛空位、氧间隙、氧空位4种本征缺陷的扩散特征进行了研究.对比4种本征缺陷在晶格内部沿不同扩散路径的过渡态势垒后发现,缺陷扩散过程呈现出明显的各向异性.其中,钛间隙和氧间隙沿[001]方向具有最小的扩散势垒路径,激活能分别为0.505 eV和0.859 eV;氧空位和钛空位的势垒最小的扩散路径分别沿[110]方向和[111]方向,激活能分别为0.735 eV和2.375 eV.

基于石墨烯本征缺陷的新型漏孔组件的制作

提出了一种利用单层石墨烯薄膜及其缺陷制作漏孔组件的方法。通过化学沉积法制得单层石墨烯薄膜后将其转移至多孔烧结不锈钢的薄片上,并使用拉曼光谱对石墨烯膜缺陷进行表征。氢气、氮气和氩气的流导值通过自制的测试装置由差压法进行了测定。测试结果表明即使在大气压下这三种气体在漏孔中仍然处于分子流状态。这意味着只要知道某种气体的流导,其他种类气体的流导值也可以由此得到确定。并且,本文的结果可以为很多二维平面膜材料(例如石墨烯)在漏孔制作方向提供更为广阔的应用前景。

Sr2MgSi2O7中本征缺陷和镧系离子的热力学稳定性和转变能级

利用基于标准PBE0泛函的杂化密度泛函理论计算了Sr2MgSi2O7中本征缺陷、缺陷复合对及镧系离子的缺陷形成能、热力学转变能级以及光跃迁能级,以研究它们在Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+的热致发光和长余辉发光过程中所起的作用。PBE0计算的形成能结果表明,缺陷VO、SrMg、MgSr和SrMg-MgSr较容易在还原气氛下制备的Sr2MgSi2O7材料中生成。基于PBE0计算的基质带隙(7.18 eV)和缺陷形成能,获得了上述较易形成的缺陷与复合对以及镧系离子的热力学转变能级和光跃迁能级。根据理论计算结果与实验所确定的陷阱深度的直接对比,电中性及带一个负电荷的氧空位与Dy3+离子可以作为该材料中的电子陷阱,从而有助于其热致发光和长余辉发光。本研究的目的是利用第一性原理研究方法深入理解Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+的热致发光和长余辉发光机理,从而作为实验研究手段的一种有效补充。

本征缺陷对β-Ga_(2)O_(3)光催化性质影响的第一性原理研究

运用第一性原理杂化泛函研究了本征缺陷(O空位和Ga空位)对于β-Ga_(2)O_(3)的几何结构和电子性质的影响.计算结构表明:杂化泛函B3LPY能很好的描述β-Ga_(2)O_(3)的几何结构和电子结构,能与实验符合.含O缺陷的形成能在富氧和贫氧下分别为4.04和0.92 eV,优于含Ga缺陷的体系.空位缺陷的出现对于理想Ga_(2)O_(3)的晶格参数影响不显著,只是在O空位体系中,空位附近Ga-O键长有0.1A变化.含空位缺陷的体系的禁带中都有缺陷能级的出现,含Ga和O空位缺陷的Ga_(2)O_(3)的光跃迁能分别为1.93 eV(β自旋)和2.92 eV,有很明显的光吸收的拓展,从理论上解释了Ga_(2)O_(3)作为光催化材料的潜在应用.

ZnO∶Al薄膜中本征缺陷对光电效应的影响

在直流溅射法制备ZnO薄膜的过程中 ,通过合适选取溅射时氧氩的压力比 ,可以显著提高所得n ZnO p Si异质结的光生短路电流 ,并且对该异质结的光生开路电压没有明显影响 ,从而可以用这种方法明显提高其光电转化能力。即使是在已经进行了n型掺杂的ZnO薄膜 (这里为ZnO∶Al)中 ,改变溅射时氧氩比对光电效应的影响也很明显。通过实验 ,已经证实了产生这种现象的原因是溅射时氧氩比的改变导致了ZnO薄膜内部的本征缺陷浓度的改变 ,使得载流子浓度变化而导致的结果。在氧氩压力比约为 1∶3时 。

钼酸铅晶体势参数的拟合及本征缺陷的模拟计算

在已有PbWO4晶体势参数的基础上,根据势参数的可转移性,用GULP软件拟合出Pb-MoO4(PMO)晶体的势参数.利用这些参数计算了PMO的晶格生成能、本征缺陷生成能和缺陷簇的结合能.计算结果表明,V2O+-VP2b-空位对和F心是PMO晶体中的本征缺陷,并以[V2O+-VP2b-]空位对和[V2O++2e]的形式实现电荷补偿.

ZnO薄膜的本征缺陷、p型掺杂及其新型功能器件

ZnO是一种宽禁带半导体材料(3.37eV),具有较高的激子结合能(60meV),室温下激子仍然存在。由于其结构特点及优异的光电性能,ZnO在微电子学、光电子学、集成光学和微电子机械系统等高技术领域有着广阔的应用前景,在国内外引起极大的关注。但本征的ZnO呈n型电导,p型ZnO的获得因较强的自补偿效应,存在较大困难,限制了其应用水平。针对ZnO目前的研究、就其本征缺陷、p型掺杂以及新型功能器件等方面做一简要评述。

热处理对非掺杂半绝缘GaAs本征缺陷和电特性的影响

在 95 0℃和 112 0℃温度下 ,对非掺杂 (ND)半绝缘 (SI)液封直拉 (LEC)GaAs单晶进行了不同砷气压条件的热处理 ,研究了热处理对本征缺陷和电特性的影响。在 95 0℃和低砷压条件下进行 14h热处理 ,可在样品中引入本征受主缺陷并导致体霍尔迁移率大幅度下降和体电阻率明显增加。这些受主缺陷的产生是由于高温和低砷压条件下GaAs晶体中发生砷间隙原子的外扩散。提高热处理过程中的砷气压 ,可以抑制这些受主缺陷的产生和电参数的变化。真空条件下 ,在 112 0℃热处理 2～ 8h并快速冷却后 ,可使样品中的主要施主缺陷EL2浓度下降近一个数量级 ,提高热处理过程中的砷气压 ,可以抑制EL2浓度下降 ,这种抑制作用是由于高温、高砷压条件下GaAs晶体发生了砷间隙原子的内扩散。