Sb,S共掺杂SnO2电子结构的第一性原理分析

基于第一性原理的密度泛函理论和平面波超软赝势法,采用广义梯度近似算法研究了Sb,S两种元素共掺杂SnO₂材料的电子结构与电学性质.电子结构表明：共掺杂后材料仍然为n型导电直接带隙半导体;电荷密度分布改变,S原子与Sn,Sb原子轨道电子重叠加剧.能带结构表明,Sb,S共掺SnO₂在能带中引入新的能级,能带带隙相比于单掺更加窄化,费米能级进入导带表现出类金属特性.电子态密度计算结果进一步证实了电子转移的正确性：在价带中部,S原子轨道与Sn,Sb轨道发生杂化,电子转移加剧,价带顶部被S 3p轨道占据,提供了更多的空穴载流子,价带顶上移;随着S掺杂浓度的增加,带隙宽度继续减小,导带逐渐变窄,导电性能呈现越来越好的趋势.     

SrSnO3作为透明导电氧化物的第一性原理研究

SrSnO₃是一种钙钛矿结构的宽带隙半导体,透明性高、无毒且价格低廉,是一种有前景的透明导电氧化物的候选者.本文通过第一性原理计算,获得了SrSnO₃的电子结构,着重讨论了SrSnO₃的本征缺陷、外界元素掺杂的缺陷形成能及过渡能级,筛选出适宜的掺杂元素并指出了对应的实验制备环境,进一步根据带边能量位置对其电导性能机制进行了探讨.计算结果表明,SrSnO3是一种基础带隙为3.55 eV、光学带隙为4.10 eV的间接带隙半导体,具有良好的透明性,电子的有效质量轻,利于n型电导.在富金属贫氧条件下,As,Sb掺杂SrSnO₃可以提升n型电导率;SrSnO₃的价带顶位于-7.5 eV处,导带底位于-4.0 eV处,其价带顶和导带底的能量位置均相对较低,解释了其易于n型掺杂而难于p型掺杂,符合宽带隙半导体材料的掺杂规律,最后,Sb掺杂SrSnO₃被提出为有前景的廉价n型透明导电材料.     

Cu-N共掺β-Ga2O3的光电性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论,本文通过OTFG赝势方法计算了本征β-Ga₂O₃以及Cu-N共掺后β-Ga₂O₃的晶格常数、电子结构以及光学特性.计算结果表明本征β-Ga₂O₃的禁带宽度为4.5 eV;Cu和N掺入β-Ga₂O₃后属于受主杂质,并且引入了深受主能级,这表明Cu-N共掺后β-Ga₂O₃变为p型半导体材料;光学性质计算结果表明本征β-Ga₂O₃的静介电函数为2.5,掺杂后β-Ga₂O₃的静介电函数增大,对电荷的存储能力增强;此外,Cu-N的共掺对β-Ga₂O₃的吸收系数、反射率在能量较低的区域的影响较大,而对能量较高的区域影响较小.     

Sb、Sm共掺杂SnO2的电子结构与光学性质第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,构建了Sm、Sb及Sm和Sb共掺杂SnO₂超晶胞模型,研究了经过几何优化后的各掺杂体系的焓变值、能带结构、态密度、电荷布居、介电常数、吸收系数、反射率等光电性质.结果表明：Sm和Sb的掺杂可以有效地提升SnO₂的导电性能,且Sb和Sm共掺杂体系的电学性能最佳. Sm和Sb掺杂还可以增加SnO₂在红外波段的电子极化能力和电子跃迁概率,提升了红外反射率,且共掺杂体系的电子束缚能力最强、反射率最高.这为SnO₂基光电材料的研制提供了一定的理论依据.     

镧掺杂BaSnO3薄膜的电学和光学特性

利用射频磁控溅射法在(LaAlO₃)_0.3(SrAl_0.5Ta_0.5O₃)_0.7 (001)单晶基底上生长了镧掺杂BaSnO₃外延薄膜. 通过Hall效应和热电势测量证实了镧掺杂BaSnO₃薄膜具有n型简并半导体特征, 并且基于载流子浓度和Seebeck系数计算出电子的有效质量为0.31m₀ (m₀为自由电子质量). 镧掺杂BaSnO₃薄膜在可见波段具有良好的透明性(透过率大于73%). 基于介电模型对薄膜的透过率曲线进行拟合, 从拟合结果中不仅得到了薄膜的厚度为781.2 nm, 能带宽度为3.43 eV、 带尾宽度为0.27 eV和复光学介电常数随波长的变化规律, 而且也强力地支持了基于电学参数计算电子有效质量的正确性.     

过渡金属与氮共掺杂ZnO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框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA)研究了过渡族金属(Mn,Fe,Co,Cu)与N共掺杂ZnO的能带结构、电子态密度分布、差分电荷密度和光学性质.计算表明Mn，Fe，Co与N共掺ZnO的光学性质与Mn，Fe，Co单掺杂相近，但是过渡族金属与N共掺杂有利于获得p型ZnO. 关键词： ZnO 第一性原理 电子结构 光学性质     

(α,β,γ)-Nb5Si3电子结构和光学性质研究

基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,采用局域密度近似,计算了不同结构的α-Nb₅Si₃,β-Nb₅Si₃和γ-Nb₅Si₃的电子结构、态密度以及光学性质.计算结果表明,Nb₅Si₃费米能级附近价带主要是由Nb的4d轨道及Si的3s和3p轨道贡献,导带主要由Nb的4d轨道贡献;Nb₅Si₃的光学性质具有各向异性的特征,其零频介电常数ε₁（0）=207,折射率n₀=13;在15 eV以上的高能区表现为无色透明.     

第一性原理研究Mg，Si和Mn共掺GaN

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法(PWP)计算Mg,Si和Mn共掺GaN电子结构和光学性质,分析比较计算结果.计算表明：掺杂后体系均在能隙深处产生自旋极化杂质带,具有半金属性,能产生自旋注入.与Mn掺杂GaN比较,Mg共掺后能使居里温度(T_C)升高,并在1.0eV出现源于Mn⁴⁺离子基态⁴T₁(F)到⁴T_{2关键词： Mg Si和Mn共掺GaN 电子结构 TC)')" href="#">居里温度(TC) 光学性质}     

Rh掺杂的Ru2Si3的电子结构及光学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波计算方法,结合广义梯度近似(GGA)对Ru₂Si₃掺Rh原子的电子结构和光学性质进行了研究,计算结果表明:掺入Rh原子使得Ru₂Si₃的晶胞体积有所增大,Rh替换RuⅢ位的Ru原子使得体系处于稳定态,导电类型变为n型,静态介电函数值为ε₁(0)＝25.201 4,折射率n₀的值有所增大为5.02。     

(Cu,N)共掺杂TiO2/MoS2异质结的电子和光学性能:杂化泛函HSE06

在密度泛函理论的基础上,系统地研究了Cu/N（共）掺杂的TiO₂/MoS₂异质结体系的几何结构、电子结构和光学性质.计算发现,TiO₂/MoS₂异质结的带隙相比于纯的TiO₂（101）表面明显变小,Cu/N（共）掺杂TiO₂/MoS₂异质结体系的禁带宽度也明显地减小,这导致光子激发能量的降低和光吸收能力的提高.通过计算Cu/N（共）掺杂TiO₂/MoS₂的差分电荷密度,发现光生电子与空穴积累在掺杂后的TiO₂（101）表面和单层MoS₂之间,这表明掺杂杂质体系可以有效地抑制光生电子-空穴对的复合.此外,我们计算了在不同压力下TiO₂/MoS₂异质结的几何、电子和光学性质,发现适当增加压力可以有效提高异质结的光吸收性能.本文结果表明,Cu/N（共）掺杂TiO₂/MoS₂异质结和对TiO₂/MoS₂异质结加压都能有效地提高材料的光学性能.     

氧化锌薄膜光电功能材料研究的关键问题

氧化锌薄膜光电功能材料是近年来新发展起来的研究课题,由于它在短波长光电信息功能材料方面具有潜在的应用前景而备受关注.为了开发ZnO结型光电器件,目前首先需要解决高质量ZnO单晶薄膜的外延及p型掺杂等关键问题.综合国内外的研究结果,结合我们的工作,叙述了利用多晶格匹配原理通过过渡层在Si衬底上异质外延高质量ZnO薄膜,介绍了用SiC作过渡层生长ZnO薄膜的有关问题.对ZnO的p型掺杂,分析了制备p型ZnO的困难和利用Ⅲ-Ⅴ族共掺杂方法生长p型ZnO的作用和优点.     

X射线吸收谱测算锂氮共掺杂氧化锌薄膜局域电子结构

为了实现对Li—N共掺杂p型ZnO薄膜的形成机制以及其稳定p型导电原因的揭示,利用X射线光电子谱及基于同步辐射光源的X射线吸收精细结构谱测试对薄膜的局域电子结构进行了测算分析.获得了Li—N成键及Li—N复合型受主形成的信号,利用光致发光测量计算其受主能级为122 mV.证实了薄膜中Li—N复合型受主的形成,而Li—N...     

Donor-acceptor complexes in ZnO

One of the main obstacles to the technical application of the wide-gap semiconductor ZnO represents the difficulty to achieve reliable and sufficient p-type doping. The theoretically proposed concepts of cluster-doping or codoping should lead to an enhanced and stable p-type conductivity of ZnO. We report on PAC results obtained by codoping experiments of ZnO by ion implantation using the donor ¹¹¹In and the group-V acceptors N and P. The formation of In-N and In-P pairs has been observed. Based on these PAC results, there is no evidence for the formation of In-acceptor complexes involving more than one N or P acceptor. Finally, first reports on PAC investigations using ⁷⁷Br as donor in ZnO are presented.     

A Density Functional Theory Study of Codoping Characteristics of Sulfur with Alkaline Earth in Delafossite CuAlO_2

The structural,electronic properties and formation energies of sulfur and alkaline earth codoped delafossite CuAlO_2 have been investigated using the first-principles density functional theory calculations.Our results reveal that the volume of codoping systems increases with the increasing atomic radius of metal atoms.The formation energies under different growth conditions have been calculated,showing that the codoping systems are formed easily under O-rich growth conditions.Electronic band structures and density of states have been obtained.The decreased bandgaps,enhanced covalence and appearance of electron acceptors after codoping are all good for p-type conductivity.     

Ag-N共掺p型ZnO的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法对Ag-N共掺杂ZnO体 系以及间隙N和间隙H掺杂p型ZnO: (Ag, N)体系的缺陷形成能和离化能进行了研究. 结果表明, 在Ag_Zn和N_O所形成的众多受主复合体中, Ag_Zn-N_O受主对不仅具有较低的缺陷形成能同时其离化能也相对较小, 因此, Ag_Zn-N_O受主对的形成是Ag-N共掺ZnO体系实现p型导电的主要原因. 研究发现, 当ZnO: (Ag, N)体系有额外间隙N原子存在时, Ag_Zn-N_O受主对容易与N_i形成Ag_Zn-(N₂)_{m O}施主型缺陷, 该施主缺陷的形成降低了Ag-N共掺ZnO的掺杂效率因而不利于p型导电. 当间隙H引入到ZnO: (Ag, N)体系时, H_i易与Ag_Zn-N_O受主对形成 受主-施主-受主复合结构(Ag_Zn-H_i-N_O), 此复合体的形成不仅提高了Ag_Zn-N_O受主对在ZnO中的固溶度, 同时还能使其受主能级变得更浅而有利于p型导电. 因此, H辅助Ag-N共掺ZnO可能是一种有效的p型掺杂手段. 关键词： p型ZnO 缺陷形成能 受主离化能 第一性原理     

Room-temperature ferromagnetism in N+-implanted ZnO:Mn thin films

Mn–N co-doped ZnO films with wurtzite structure were fabricated by RF magnetron sputtering together with the ion-implantation technique. Then a post-annealing at 650 °C for 10 min in a N₂ atmosphere was performed to activate the implanted N⁺ ions and recover the crystal quality, and a p-type ZnO:Mn–N film with a hole concentration of about 2.1×10¹⁶ cm^?3 was obtained. It is found that the Mn mono-doped ZnO film only exhibits paramagnetic behavior, while after N⁺-implantation, it shows ferromagnetism at 300 K, and the magnetization of the ZnO:Mn–N films can be further enhanced by thermal annealing due to the activation of the N acceptors. Our experimental results confirm that the codoping N acceptors are favorable for ferromagnetic ordering of Mn²⁺ ions in ZnO, which is consistent with the recent theoretical calculations.     

第一性原理研究Te-N共掺p型ZnO

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法对Te-N共掺杂ZnO体系的晶格结构、 杂质态密度和电子结构进行了理论分析.研究表明, N掺杂引起晶格收缩,而Te的掺入引起晶格膨胀, 从而减小晶格应力促进N的掺杂,并且Te由于电负性小于O而带正电, Te在ZnO中作为等电子施主而存在.研究发现, N掺杂体系中在费米能级附件形成窄的深受主能级, 而Te-N共掺体系中, N杂质带变宽,空穴更加离域,同时,空穴有效质量变小,受主能级变浅, 更有利于实现p型特性.因此, Te-N共掺有望成为一种更为有效的p型掺杂手段.     

Comparisons of ZnO codoped by group IIIA elements (Al, Ga, In) and N: a first-principle study

The electronic structures and effective masses of the N mono-doped and Al-N,Ga-N,In-N codoped ZnO system have been calculated by a first-principle method,and comparisons among different doping cases are made.According to the results,the impurity states in the codoping cases are more delocalised compared to the N mono-doping case,which means a better conductive behaviour can be obtained by codoping.Besides,compared to the Al-N and Ga-N codoping cases,the hole effective mass of In-N codoped system is much smaller,indicating the p-type conductivity can be more enhanced by In-N codoping.     

B-N共掺杂改善p型ZnO的理论分析

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法对B缺陷在ZnO中的存在形式进行了理论分析,对B-N共掺杂ZnO体系的晶格结构、杂质形成能、杂质态密度及电子结构进行了系统的研究.研究表明,B缺陷在掺杂体系中主要以BZn的形式存在,这种结构会引起相应的晶格收缩;研究发现与以往的N掺杂相比,共掺结构具有更低的杂质形成能和更高的化学稳定性,因此更加适合掺杂.此外,共掺能够形成更低的受主能级,因而减小了受主的杂质电离能,提高了受主态密度;研究显示共掺结构下的杂质N原子与体相Zn原子之间的键合能力提高,受主原子得电子的能力增强,因此B-N共掺有望成为一种更为有效的p型掺杂手段.     

Li-N, Li-2N共掺p型ZnO的第一性原理研究

利用密度泛函理论, 计算了本征ZnO, Li-N共掺杂ZnO及Li-2N共掺杂ZnO的电子结构. 计算结果表明, Li-N及Li-2N共掺杂ZnO体系的Fermi能级均不同程度地进入价带顶, 并在Fermi能级附近形成浅的受主能级, 这说明, Li, N原子共掺杂可获得稳定的p型ZnO;与Li-N掺杂ZnO体系相比, Li-2N掺杂ZnO体系进一步提高了体系的载流子浓度, 更有利于获得p型ZnO.