稀土元素Lu,Sc掺杂GaN光电特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用广义梯度近似(GGA+U)平面波超软赝势方法,计算了本征GaN和稀土元素Lu、Sc掺杂GaN体系的电子结构和光学性质.结果表明:计算得到本征GaN的禁带宽度为3.37 eV,与实验值(3.39 eV)接近. Lu掺杂后GaN体系带隙变窄,而Sc掺杂后诱导了深能级杂质,带隙变宽,但仍为直接带隙半导体.掺杂后体系均发生畸变,晶格常数和体积增大,且在费米能级附近产生杂质带. Lu、Sc掺杂GaN体系的静态介电常数较本征GaN(4.50)均有所增大.Lu、Sc掺杂后体系介电常数虚部整体左移,光吸收边往低能方向移动,发生了红移现象.计算结果对稀土元素Lu、Sc掺杂GaN高压光电材料的开发和研究提供了理论依据.

碱土金属X(X=Be,Mg,Ca和Sr)掺杂二维SnS_(2)材料的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理研究赝势平面波方法,计算了碱土金属X(X=Be, Mg, Ca和Sr)掺杂二维单层SnS_(2)的电子结构、磁学性质和光学性质.结果表明:S-rich条件下的体系相较于Sn-rich更稳定,能带结构表明:在Be掺杂后,SnS_(2)体系从自旋向上通道和自旋向下通道完全对称的非磁性半导体转变为具有1.999μB磁矩的磁性半导体.在Mg掺杂后,体系转变为非磁性P型半导体;Ca和Sr两种掺杂体系由于极化程度的不同,导致在下自旋通道的能带穿过费米能级,而在上自旋通道的能带并未穿过费米能级,呈现出磁矩分别为1.973、2.000μB的半金属特性.同时发现X(X=Be, Mg, Ca和Sr)掺杂后,掺杂体系实部静态介电常数大幅度增加,掺杂后的SnS_(2)体系的极化能力增强,虚部数值在低能区明显变大,更适用于长波长光电器. Be, Mg, Ca和Sr掺杂不仅导致吸收边红移,而且提高了红外光区域的有效利用率.

电子科学与技术专业开设物理及材料科学类课程调查

本文对目前国内高校电子科学与技术专业开设物理及材料科学类课程的情况进行了调查,结果表明:96%的高校开设了物理及材料科学类的课程,作为必修课的高校占64%,使用通用教材的高校占78%,认为开设此类课程有必要性的高校占95%,认为对学生就业和继续深造有作用的高校为100%。调查结果为电子科学与技术专业教学指导分委员会制定专业规范和发展战略提供了数据依据。

Lu掺杂AlN的电子结构和光学性质的第一性原理研究

为了探索AlN在光电器件中的潜在应用,采用第一性原理计算了不同Lu掺杂浓度(以原子分数x表示)的AlN(Al_(1-x)Lu_(x)N)的电子结构和光学性质。研究结果表明,Al_(1-x)Lu_(x)N的超胞体积随着Lu掺杂浓度的增加而增加,而带隙则相反。Al_(1-x)Lu_(x)N的静态介电常数在低能区随掺杂浓度的提高而提高,随后逐渐趋向一致。随着Lu掺杂浓度的增加,反射率和吸收系数的峰值强度降低,峰值向较低能量方向移动。Al_(1-x)Lu_(x)N的能量损失光谱表现出明显的等离子体振荡特性,且峰值低于本征AlN。Al_(1-x)Lu_(x)N的光电导率在低能区随能量的增加而急剧增加。

氮缺陷对GaN/g-C_(3)N_(4)异质结电子结构和光学性能影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了单层GaN、g-C_(3)N_(4)、GaN/g-C_(3)N_(4)异质结及3种氮缺陷GaN/g-C_(3)N_(4)-V_(XN)(X=1、2、3)异质结的稳定性、电子结构、功函数及光学性能。计算结果表明,GaN/g-C_(3)N_(4)异质结体系晶格失配率极低(0.8%),属于完全共格。与单层g-C_(3)N_(4)相比,GaN/g-C_(3)N_(4)和GaN/g-C_(3)N_(4)-V_(XN)(X=1、2、3)异质结的导带向低能方向偏移,价带上移,从而导致带隙减小,且态密度均显示出轨道杂化现象。GaN/g-C_(3)N_(4)和GaN/g-C_(3)N_(4)-V_(XN)(X=1、2、3)异质结在界面处均形成了电势差,在其内部形成了从g-C_(3)N_(4)层指向GaN层的内置电场。GaN/g-C_(3)N_(4)-V_(1N)异质结的界面电势差值最大且红移现象最为明显,表明GaN/g-C_(3)N_(4)-V_(1N)异质结相较其他2个N缺陷异质结光学性能最好。氮缺陷的引入在不同程度上提高了GaN/g-C_(3)N_(4)异质结在红外光区域的光吸收能力。

第一性原理研究Al掺杂Mn_(4)Si_(7)的电子结构及光学性质

基于密度泛函理论框架下,利用第一性原理计算方法,对本征Mn_(4)Si_(7)以及不同Al掺杂浓度下Mn_(4)Si_(7)的电子结构及光学性质进行系统计算分析.Mn_(4)Si_(7)晶胞中有16个Mn原子及28个Si原子,建立4种Mn_(16-x)Al_(x)Si_(28)(x=0,2,4,8)的掺杂模型,计算结果表明:本征Mn_(4)Si_(7)的禁带宽度E_(g)=0.775 eV,属于间接带隙半导体,Al的掺入导致了Mn_(4)Si_(7)费米能级附近的电子结构发生改变,导带向低能方向发生偏移,价带向高能方向发生偏移,禁带宽度由0.775 eV降至零,呈现出金属性.计算还表明,在光子能量低能区域,Al的掺入使Mn_(4)Si_(7)的介电函数、折射率、吸收及反射系数等光学性质有所提升,改善了Mn_(4)Si_(7)在红外光区的光电性能.

过渡金属X(X=Cr、Mn、Fe、Tc、Re)掺杂Janus Ga_(2)SSe的第一性原理研究

利用密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,研究过渡金属X(X=Cr、Mn、Fe、Tc、Re)原子掺杂Janus Ga_(2)SSe的磁性、电子性质及光学性质.研究表明:过渡金属掺杂Janus Ga_(2)SSe体系在Chalcogen-rich条件下有着比Ga-rich条件下更好的稳定性.其中Mn掺杂体系形成能在两种条件下皆为最低.本征Ga_(2)SSe是具有2.02 eV带隙的间接带隙半导体,在紫外区域有着很好的光伏吸收能力.与本征Ga_(2)SSe相比,Cr掺杂体系自旋向上通道出现杂质能级,自旋向上与向下通道不对称,呈磁矩为2.797μB铁磁性半金属.Mn掺杂体系在其自旋向上通道产生的杂质能级,呈磁矩为3.645μB的磁性P型半导体.Fe掺杂体系自旋向下通道产生的杂质能级,呈磁矩为3.748μB磁性P型半导体.在Tc与Re掺杂后,带隙皆由间接变直接带隙,呈无磁性的P型半导体.从光学性质来看,各掺杂体系与未掺杂Ga_(2)SSe在介电常数和折射系数上相比有着明显的增强,吸收系数在高能量区(3~10 eV)出现蓝移现象.有着在紫外探测器和光伏吸收领域潜在的应用前景.

不同浓度Mg掺杂单层Janus WSSe的第一性原理研究

二维Janus WSSe作为一种新型过渡金属硫族化合物(TMDs)材料由于其独特的面外非对称结构及众多新颖的物理特性,在自旋电子器件中具有巨大的应用潜力.本文基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,通过构建四种掺杂模型W_(9-x)Mg_(x)S_(9)Se_(9)(x=0、1、2、3),分别计算了不同浓度Mg掺杂单层WSSe的电子结构和光学性质.结果表明:掺杂使得WSSe由直接带隙半导体变为间接带隙半导体,并且随着掺杂浓度的增加,带隙逐渐减小,费米能级穿过价带,使得掺杂体系变成P型半导体,当x=3时,掺杂体系呈现金属性.此外,掺杂体系的静态介电常数随着掺杂浓度的增加而变大,极化程度显著增强,介电函数虚部和光吸收峰都发生了红移,说明掺杂有利于可见光的吸收.并且,静态折射率随着掺杂浓度的增加而呈现上升趋势,同时消光系数的峰值也与Mg原子的掺杂浓度呈现正相关.

过渡金属元素X(X=Mo, Tc, Ru)掺杂单层GaS的第一性原理研究

近年来,二维GaS由于其优异的性质引起了科研人员的关注.基于密度泛函理论计算了过渡金属元素X(X=Mo, Tc, Ru)掺杂单层二维GaS的电子结构、磁性性质及光学性质.计算结果表明:单层GaS材料为间接带隙的非磁性半导体,在对S位点进行替位式掺杂后,Ga-rich和S-rich条件的形成能均为正数,导致过渡金属元素Mo、Tc和Ru不能自发地进入进入单层GaS材料中.所有掺杂体系都引入了杂质能级,杂质能级主要由掺杂原子的4d轨道贡献.掺杂后所有体系的带隙都有所减小,上自旋和下自旋的能带结构不再对称,使得Mo掺杂体系呈现半金属铁磁性,Tc和Ru掺杂体系呈磁性半导体特性,Mo、Tc和Ru掺杂后的总磁矩分别为4μB, 3μB和2μB,磁矩主要由掺杂原子的局域磁矩产生.掺杂后单层GaS的静介电常数得到提高,吸收谱出现红移,在可见光区和近红外区的吸收系数变大,对可见光的利用率增强.

二维MoSi_(2)N_(4)/WSe_(2)异质结的第一性原理研究

实验上新合成的MoSi_(2)N_(4)(MSN)由于其独特的七原子层结构和电子特性引起了人们的广泛关注.本文搭建了一种由二维MSN与二维WSe_(2)(WS)垂直堆垛而成的二维MSN/WS异质结并基于第一性原理计算对其电子性质进行了计算,其表现出直接间隙半导体和I型能带排列的特性,具有1.46 eV的带隙.在异质结界面处存在一个由电荷耗尽层MSN指向电荷积累层WS微弱的内建电场.最后,通过施加双轴应变对二维MSN/WS异质结进行调控.发现在正双轴应变的作用下,MSN/WS异质结保持了原来直接带隙半导体和I型能带排列特性;在负双轴应变作用下,MSN/WS异质结由原来的直接带隙半导体转变为间接带隙半导体,当施加的负双轴应变达到-6%与-8%时,I型能带排列转变为Ⅱ型能带排列.

Lu-Eu共掺杂Ga_(2)O_(3)的光电性质的第一性原理计算

宽禁带半导体β-Ga_(2)O_(3)因为具有优良的物理化学性能而成为研究热点.本文基于DFT(Density Functional Theory)的第一性原理方法,先采用PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)中的GGA(Generalized Gradient Approximation)和GGA+U(Generalized Gradient Approximation-Hubbard U)的方法计算了本征β-Ga_(2)O_(3),Lu掺杂浓度为12.5%的β-Ga_(2)O_(3)及Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga_(2)O_(3)结构的晶格常数、能带结构和体系总能量.发现采用GGA+U的方法计算的带隙值更接近实验值,于是采用GGA+U的方法计算了本征β-Ga_(2)O_(3),Lu掺杂的β-Ga_(2)O_(3)以及Lu-Eu共掺杂的β-Ga_(2)O_(3)结构的能态总密度、介电函数、吸收谱以及反射率等.由计算结果得知β-Ga_(2)O_(3)的带隙为4.24 eV,Lu掺杂浓度为12.5%的β-Ga_(2)O_(3)的带隙为2.23 eV,Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga_(2)O_(3)的带隙为0.9 eV,均为直接带隙半导体,掺杂并未改变β-Ga_(2)O_(3)的带隙方式.光学性质计算结果表明在低能区掺杂浓度为12.5%的Lu和Lu-Eu共掺杂浓度为25%的β-Ga_(2)O_(3)的吸收系数和反射率均强于本征β-Ga_(2)O_(3),Lu-Eu掺杂β-Ga_(2)O_(3)的吸收系数和反射率又略强于Lu掺杂β-Ga_(2)O_(3),表明Lu-Eu掺杂β-Ga_(2)O_(3)的材料有望应用于制备红外光电子器件.

外加电场对空位缺陷下硫硒化钼/石墨烯异质结构的电子性质调控

本文构建了四种由Janus MoSSe和Graphene垂直堆垛而成的含缺陷异质结构。基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了外加电场对空位缺陷下Janus MoSSe/Grahene异质结构电子性质的影响。研究发现S空位缺陷下的SMoSe/Graphene异质结构在电场的作用下可以改变其掺杂类型,最高能够达到1.176 × 1013 cm−2的n-type掺杂密度。SeMoS/Graphene的S和Se空位缺陷结构在电场作用下能分别达到1.488 × 1013 cm−2和1.555 × 1013 cm−2的载流子掺杂密度,并且施加反向的电场能够完全抑制掺杂的产生。

电子束蒸发方法研究Mg2Si的薄膜及其光学带隙

Mg_2Si材料作为一种新型环境友好半导体材料,其薄膜制备方法及其光学性质的研究对其应用研发起到基础性作用.采用电子束蒸发方法在Si(111)衬底上沉积Mg膜,在氩气环境下进行热处理以制备Mg_2Si半导体薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、分光光度计对制备的Mg_2Si薄膜进行表征.在氩气环境、温度500℃、压强200 Pa下,研究热处理时间(时间3-7 h)对Mg_2Si薄膜形成的影响.XRD和SEM结果表明:通过电子束蒸发沉积方法在500℃、热处理时间为3~7 h能够得到Mg_2Si薄膜.热处理温度是500时,最佳热处理时间是4 h,得到致密度好的薄膜.通过对薄膜的红外透射谱测试,得到了Mg_2Si薄膜的光学带隙,其间接光学带隙值为0.9433 eV,直接光学带隙值为1.1580 eV.实验数据为Mg_2Si薄膜的研发在制备工艺和光学性质方面提供参考.

β-Ga_2O_3掺Al的电子结构与能带特性研究

采用第一性原理的平面波超软赝势方法,对β-Ga2O3掺Al的AlxGa2-xO3(x=0,0.5,1,1.5,2)合金进行结构优化、电子态密度和能带特性的研究。结果显示,AlxGa2-xO3为间接宽能隙材料,能隙是由导带底Ga 4s态和价带顶O 2p态共同决定,其弯曲系数分别为0.452eV(直接)和0.373eV(间接)。当增大Al的掺杂量,AlxGa2-xO3的体积变小,总能量升高,能隙逐渐增大,这与实验结果相一致。

新型半导体材料BaSi_2的研究进展

正交相BaSi2是一种新型高效的环境友好半导体材料,在光电、热电方面有着极为广阔的应用前景。详细介绍了正交相BaSi2的结构、光电性质、热电性质及其制备技术,并对目前存在的问题及未来的研究动向作了简要讨论。

InN材料及器件的最新研究进展

InN材料是性能优良的Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体材料,在光电子领域有着非常重要的应用价值,由此成为最近国际国内研究的热点。就InN材料的制备方法、p型掺杂、电学特性、光学特性、器件的研究应用以及国内研究的最新进展进行了综述。

K掺杂立方相Ca2Si电子结构及光学性能的研究

基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,采用广义梯度近似（GGA）对掺K的立方相Ca2Si的电子结构和光学性能,包括能带结构、态密度、介电函数、折射率、反射率、吸收系数、光电导率及能量损失函数进行理论计算,结果表明,掺K后立方相Ca2Si的能带向高能方向发生了偏移,形成直接带隙的P型半导体,禁带宽度为0.6230eV,光学带隙变宽,价带主要是Si的3p、Ca的4s、3d以及K的3p、4s态的贡献;静态介电函数ε1（0）=14.4;折射率n0=3.8;吸收系数最大峰值为3.47×105cm-1。通过掺杂调制材料电子结构和光电性能,为Ca2Si材料光电性能的开发与应用提供了理论依据。

(Fe,N)双掺杂MgF_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)平面波超软赝势方法并选择GGA+PBE相关泛函理论,计算并对比了纯MgF2晶体、Fe掺杂MgF2晶体、N掺杂MgF2晶体和(Fe,N)不同位置双掺杂MgF2晶体的晶体结构、电子结构以及吸收光谱.研究了不同替位掺杂方式对MgF2光催化活性的影响,并在此基础上给出了掺杂后离子之间的协同作用机理.结果表明:Fe和N近邻双掺杂在可见光范围内的光吸收效率较非近邻更强,为(Fe,N)双掺杂调制的较佳方式.

LED原材料专利信息分析与研究

采用"七国两组织"中文专利数据库,检索1985年1月1日到2010年12月31日期间的LED原材料相关的中国专利文献,建立LED原材料中国专利数据库。了解该技术在国内外的发展历史及最新研究进展,通过分析该技术专利的申请总量趋势、主要专利拥有者的分布、IPC分类号分布等,从而为LED原材料技术的进一步开发及完善提供参考和依据。

Ba_3Si_4的制备及电子结构的研究

采用磁控溅射法在Si(111)衬底上沉积了Ba单层膜,研究了退火温度对Ba-Si化合物生成的影响。X射线衍射表明,在真空中退火12h后出现了Ba3Si4(202)和Ba3Si4(221)衍射峰,表现出择优取向,700℃是理想的退火温度。采用第一性原理对Ba3Si4的能带结构和态密度进行了计算,结果表明它是一种金属,价带主要是由Si的3s、3p及Ba的5p、6s态电子构成,导带主要由Ba的5d及Si的3p态电子构成。