Al掺杂对HfO2俘获层可靠性影响第一性原理研究

采用基于MS(Materials Studio)软件和密度泛函理论的第一性原理方法, 研究了HfO₂ 俘获层的电荷俘获式存储器(Charge Trapping Memory, CTM)中电荷的保持特性以及耐擦写性. 在对单斜晶HfO₂中四配位氧空位(V_O4) 缺陷和V_O4 与Al替位Hf掺杂的共存缺陷体(Al+V_O4)两种超晶胞模型进行优化之后, 分别计算了其相互作用能、形成能、Bader电荷、态密度以及缺陷俘获能. 相互作用能和形成能的计算结果表明共存缺陷体中当两种缺陷之间的距离为2.216 Å时, 结构最稳定、缺陷最容易形成; 俘获能计算结果表明, 共存缺陷体为双性俘获, 且与V_O4缺陷相比, 俘获能显著增大; Bader电荷分析表明共存缺陷体更有利于电荷保持; 态密度的结果说明共存缺陷体对空穴的局域能影响较强; 计算两种模型擦写电子前后的能量变化表明共存缺陷体的耐擦写性明显得到了改善. 因此在HfO₂俘获层中可以通过加入Al杂质来改善存储器的保持特性和耐擦写性. 本文的研究可为改善CTM数据保持特性和耐擦写性提供一定的理论指导.     

P掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理对不同P掺杂形式(P替位Ti, P替位O, 间隙P)的锐钛矿相TiO₂的晶格常数、电荷布居、能带结构、分态密度和吸收光谱进行了计算. 结果表明, P替位Ti时, TiO₂体积减小, P替位O和间隙P的存在使TiO₂的体积膨胀; 替位Ti的P和间隙P均有不同程度的氧化, 而替位O的P带有负电荷. 三种P掺杂形式均导致锐钛矿相TiO₂禁带宽度的增大, 并在TiO₂禁带之内引入了掺杂局域能级. P掺杂导致TiO₂禁带宽度增大的程度依次为: 间隙P>P替位Ti>P替位O. 吸收光谱的计算结果表明, P替位Ti并不能增强TiO₂的可见光吸收能力, 但间隙P的存在大幅提高了TiO₂的可见光光吸收能力, 间隙P有可能是造成实验上P掺杂增强锐钛矿相TiO₂光催化活性的重要原因. 关键词： P掺杂 2')" href="#">锐钛矿相TiO₂ 第一性原理     

N/Fe共掺杂锐钛矿TiO2(101)面协同作用的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论研究了N/Fe共掺杂对锐钛矿TiO₂(101)面的修饰作用. 计算了铁替位单掺杂TiO₂(101)面及晶体内部后, 晶体结构变化及形成能. 通过形成能的比较发现, Fe从晶体表面向体内迁移时受到势垒阻碍作用. 同时, 对不同位置表面N/Fe近邻共掺杂晶体形成能的比较, 得出了表面共掺杂的最稳定结构. 通过对电子结构及态密度的分析发现: 表面共掺杂态中, N/Fe共掺杂可改变TiO₂(101)面的电子结构, 并使TiO₂由半导体性向半金属性转变. 关键词： 2(101)面')" href="#">锐钛矿TiO₂(101)面 N/Fe共掺杂 第一性原理 半金属性     

超晶格SnO2掺Cr的电子结构和光学性质的研究

基于密度泛函理论的第一性原理,采用全势线性缀加平面波方法(FPLAPW)和广义梯度近似(GGA)来处理相关能,计算了Cr掺杂SnO₂超晶格的电子态密度、能带结构、介电函数、吸收系数、反射率和折射率.研究表明由于Cr的掺入,超晶格SnO₂在费米能级附近形成了新的电子占据态,出现了不连续的杂质能带,这是由Cr-3d态和O-2p,Sn-5s态电子所形成.介电谱在0—5.5 eV之间时出现了三个新的介电峰,在高能区介电谱主峰位置发生蓝移,峰值强度减小.吸收谱、反射谱和折 关键词： 超晶格 第一性原理 态密度 电子结构     

缺陷黄铜矿结构Xga2S4 (X=Zn,Cd, Hg)晶体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)的第一性原理超软赝势方法对缺陷黄铜矿结构XGa₂S₄ (X=Zn, Cd, Hg)晶体的晶格结构、电学以及光学性质进行了对比研究. 分析比较了它们的晶格常数、键长、能带结构、态密度、介电函数、折射率和反射系数等性质, 并总结其变化趋势. 结果表明: 这三种材料的光学性质在中间能量区域(4 eV–10 eV)表现出较强的各向异性, 而在低能区域(<4 eV)和高能区域(>10 eV)各向异性较弱. ZnGa₂S₄和HgGa₂S₄两种材料的折射率曲线在等离子体频率ω_p处有一明显的拐点, 反射系数在ω_p处达到最大值后急剧下降. 三种晶体的强反射峰均处于紫外区域, 因此可以用作紫外光屏蔽或紫外探测材料. 关键词： 缺陷黄铜矿结构 电子结构 光学性质 第一性原理计算     

金属Sc修饰Ti2CO2吸附气体分子的第一性原理研究

基于第一性原理计算研究了Ti₂CO₂和金属Sc修饰的Ti₂CO₂的几何结构和电子性质,分析了不同有害气体(CO, NH₃, NO, SO₂, CH₄, H₂S)在这两种材料表面的吸附过程,讨论了金属修饰对Ti₂CO₂二维过渡金属碳化物(MXene)电子性能和气体吸附性能的影响.计算结果表明, Sc原子位于空心位C原子上方的结构具有较大的结合能,但小于固体Sc的内聚能实验值(3.90 e V), Sc原子可以有效避免成簇.表面Sc金属为气体吸附提供了活性位点.通过分析不同气体的最佳吸附点位、吸附能等参数,分析金属Sc修饰的Ti₂CO₂对这些气体的吸附效果.其中对SO₂的吸附效果更好,吸附能从–0.314 eV提升到–2.043 eV,其他气体的吸附效果均有改善.通过电荷转移、态密度和功函数等参数解释了其吸附...     

掺钇钨酸铅晶体缺陷的理论研究

采用基于密度泛函理论的相对论性离散变分和嵌入团簇方法，计算了掺钇PbWO₄ 晶体中多 种相关缺陷的电荷分布和不同团簇缺陷结合能，由能量最低原理发现［2(Y³⁺Pb)-V″_Pb］缺陷在各相关缺陷形式中最为稳定.并运用过渡 态方法计算了轨 道跃迁的激发能，算出掺Y后晶体中O2p→Y4d的跃迁能量为3.9eV，表明掺Y不会引起晶体中3 50nm和420nm吸收.从掺Y对PbWO₄晶体电子结构的影响来看，其作用机理与掺La 的情况也有较大差异. 关键词： 4晶体')" href="#">PbWO₄晶体 密度泛函 掺Y 态密度分布     

I掺杂金红石TiO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;(110)面的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了I掺杂金红石TiO₂（110）表面的形成能和电子结构,分析了不同掺杂位置的结构对TiO₂光催化性能的影响. 计算表明,氧化环境下I最容易替代掺杂表面五配位的Ti,而还原环境下最容易替代掺杂表面的桥位氧. I替位Ti或I替位O都能降低禁带宽度,可能使TiO₂吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收,其中I替位桥位氧的禁带宽度最小. 吸收光谱表明,I掺杂不仅能提高TiO₂可见光响应,同时可增加紫外光的吸收能量,提高其可见光及紫外光下的光催化性能. 关键词： 第一性原理 I掺杂 2(110)')" href="#">金红石相TiO₂(110) 光催化     

四角晶相HfO2(001)表面原子和电子结构研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论研究了四角晶相二氧化铪(t-HfO₂)体相及 其(001)表面的原子几何与电子结构.理论计算结果表明，t-HfO₂(001)表面不会 产生重构现象.与体相电子结构相比, t-HfO₂(001)表面态密度明显高于体相态 密度.其次，表面原子的态密度更靠近费米能级(E_F)，价带往低能量处移动，并 有表面态产生.计算结果表明了t-HfO₂表面禁带宽度明显低于体相的禁带宽度. t-HfO₂(001)的表面态产生以及表面禁带宽度减小是由于Hf原子与O原子的配位 数减少，表面原子周围的环境发生变化而引起的. 关键词： 密度泛函理论 2(001)')" href="#">t-HfO₂(001) 表面电子结构     

Ⅲ族元素掺杂对SnO2电子结构及电学性能的影响

采用密度泛函理论研究了Ⅲ族元素掺杂对SnO₂电子结构及电学性能的影响.态密度分析结果表明，以替代位存在的Ⅲ族杂质均使SnO₂的费米能级明显向低能态方向移动，使得价带顶不完全填满，因此在SnO₂中均充当受主作用.部分态密度分析结果表明，相对于掺Al的SnO₂，Ⅲ族元素中的Ga及In对费米能级附近态密度贡献较大，其主要贡献来自Ga3d态或In4d态，这预示着在SnO₂中掺Ga或In能实现更好的p型掺杂效果.电离能计算结果进一步表明，在Al，Ga及In三种元素中，替位In有最小的电离能(0.06 eV)，这说明其在SnO₂中能形成最浅的受主能级，因而在同等掺杂情况下，可引入最高浓度的空穴，从而实现最佳的p型掺杂效果. 关键词： 密度泛函理论 2')" href="#">SnO₂ Ⅲ族元素掺杂 电子结构     

Study on the defect of sulfur substituting for phosphorus in potassium dihydrogen phosphate

The electronic structure and geometric distribution of neutral and charge states of the point defect sulfur substituting for phosphorus (S_p) in potassium dihydrogen phosphate (KH₂PO₄) have been investigated using a first-principles method. The energy gap is lowered to about 2.2 eV and 6.5 eV from the Density Function Theory (DFT) value of 7.3 eV by a -2 charge and neutral state, respectively. However, no defect states appear in the energy gap for the +1, -1, and +2 charge states of the S_p defect. The results show that the defects S_p with neutral and -2 charge states might contribute to the transient optical absorption under the high energy laser irradiation.     

Formation energies and electronic structures of native point defects in potassium dihydrogen phosphate

The formation energies and the equilibrium concentration of vacancies,interstitial H,K,P,O and antisite structural defects with P and K in KH 2 PO 4 (KDP) crystals are investigated by ab initio total-energy calculations.The formation energy of interstitial H is calculated to be about 2.06 eV and we suggest that it may be the dominant defect in KDP crystal.The formation energy of an O vacancy (5.25 eV) is much higher than that of interstitial O (0.60 eV).Optical absorption centres can be induced by defects of O vacancies,interstitial O and interstitial H.We suggest that these defects may be responsible for the lowering of the damage threshold of the KDP.A K vacancy defect may increase the ionic conductivity and therefore the laser-induced damage threshold decreases.     

Photoionization of the ground1 S e and twenty lowest excited states of the Ne-like Fe16+

TheR-matrix method is used to calculate cross-sections for the photoionization of Ne-like Fe¹⁶⁺ from ground 2s ²2p ⁶¹ S ^e and excited states belonging to 2s2p ⁶ 3l and 2s ²2p ⁵ 3l configurations. Configuration interaction wavefunctions are used to represent two target states of Fe¹⁷⁺ ion retained in theR-matrix expansion. The cross-sections are obtained as a function of kinetic energy (ε _k) of the ejected electron from 10 to 24 Ry. For low kinetic energy the cross-sections show series of Rydberg states which converge onto² S ^e threshold Fe¹⁷⁺. The calculations are carried out in the LS coupling.     

Disordering of the electronic structure of YBaCuO amorphous films upon incorporation of crystalline clusters formed in laser-induced plasma into their composition

The effect of crystalline clusters formed in a laser-induced plasma on the optical properties of YBa₂Cu₃O_{6 + x} amorphous films prepared by pulsed laser deposition has been investigated. It has been demonstrated that an increase in the number of clusters leads to a gradual disappearance of interference fringes inherent in optically homogeneous media. Simultaneously, the incorporation of metallic and insulating clusters into the amorphous medium results in a decrease in the optical band gap E ₀ of the YBaCuO amorphous matrix from 1.28 to 1.06 eV and a considerable decrease in the probability of interband optical transitions with charge transfer O 2p → Cu 3d due to the loosening of the structure and generation of local stresses. It has been revealed that there is an additional band gap E ₁, which decreases from 0.25–0.30 eV to zero values with a decrease in the optical band gap E ₀. The additional gap has been interpreted as an energy gap between localized states that belong to the valence and conduction bands. A decrease in the density of electronic states in the narrow 3d band leads to the overlap of tails of the density of states, so that the band gap E ₁ becomes negative.     

Lattice strain and p-d repulsion affecting electronic structure of wurtzite Zn1-xCdxO alloys

In the paper, density of states, band structure and electron density difference of Zn1-xCdxO are calculated by first principles, here x varies from 0 to 0.75 at intervals of 0.125, and the band gap obtained from band structure changes from 0.968 eV to 0.043 eV. The lattice strain and p-d repulsion theory are used to investigate variation of the band gap, the results obtained show that the variation is mainly due to the lattice tensile strain. The p-d repulsion in Zn1-xCdxO cannot be neglected. In addition, electron density difference can be used to verify the results.     

Photoconductive properties of HgGa2S4

Mercury thiogallate, HgGa₂S₄ is a defect chalcopyrite semiconductor with the space group S₄² which offers a combination of attractive properties for applications.In order to obtain information about the electron states in the energy gap, photoconductivity measurements are performed in the 80–300 K range. Photoconductivity spectra show two peaks related to intrinsic and extrinsic excitation at about 410 and 500 nm, respectively; these maxima show a temperature dependence similar to the linear coefficient of the energy gap. Thermally stimulated currents have been studied by exciting the samples with intrinsic light at different temperatures. For all excitation temperatures a single TSC peaks were obtained. The analysis of TSC curves allowed one to estimate the kinetics of the trap emptying, trap energy distribution and thermal activation energy.A model for the level distribution in the semiconductor energy gap is suggested which in good agreement with the results of a previous photoluminescence study.     

电子与钠原子散射的S, T, U参数研究

电子原子散射中的S，T，U参数可用来描述散射前后自旋状态的变化，研究精细结构水平上的散射激发振幅之间的关系，进而揭示电子原子碰撞过程中电子自旋-轨道耦合以及电子-电子交换等自旋相关效应.采用扭曲波玻恩近似计算了钠原子受电子散射S→P跃迁中的S，T，U参数，分析了多种入射能(2.2—60 eV)的电子与钠原子激发S→P跃迁过程的S,T,U参数随散射角的分布，其中对10 eV入射能的S_p参数与已报道实验数据符合一致.结果表明，较低能电子入射下的S,T,U参数随散射角的分布幅度和起伏都比较明显，入射能大于40 eV的电子入射，S,T,U参数的散射角分布变化很小. 关键词： 散射激发 S')" href="#">S T')" href="#">T U参数')" href="#">U参数 散射振幅 自旋相关效应     

KDP晶体中点缺陷Na取代K的电子结构研究

 对磷酸二氢钾(KDP)晶体中Na取代K点缺陷的几何结构及电子结构进行了第一性研究。计算的形成能约为0.46 eV，因此在KDP晶体中此类缺陷比较容易形成。Na取代K以后没有在带隙中形成缺陷态，但在价带中引入两个占据态。它们分别位于费米面以下49 eV和21.5 eV处，这两个占据态分别由Na原子的s和p轨道形成。相对于K来说，由于它们位于价带深处，具有很低的能量，因此Na在KDP中比K稳定。Na在KDP晶体中与周围氧原子的重叠布居仅为0.09, 故它不与主体原子发生共价作用，仅以静电库仑力影响周围原子，此缺陷周围晶格仅发生微小畸变。