Si掺杂β-Ga2O3的第一性原理计算与实验研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势(USPP)法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了本征β-Ga₂O₃和Si掺杂β-Ga₂O₃的能带结构、电子态密度、差分电荷密度和光学特性. 在蓝宝石衬底(0001)晶面上用脉冲激光沉积(PLD)法制备了本征β-Ga₂O₃和Si掺杂β-Ga₂O₃薄膜, 测量了其吸收光谱和反射光 关键词： 第一性原理 超软赝势 密度泛函理论 2O₃')" href="#">Si掺杂β-Ga₂O₃     

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.     

Co掺杂β-Ga2O3的电学性质和电荷转变能级的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Co掺杂β-Ga₂O₃体系的电学性质和转变能级.研究发现,Co原子代替Ga原子后会导致电子结构发生显著变化.利用杂化泛函(HSE06)计算了体系的能带结构,发现随着Co掺杂浓度增加,β-Ga₂O₃禁带宽度逐渐减小,增加化合物对光的吸收,增强它们的光学性能和载流子输运能力.在β-Ga₂O₃体系的四面体格位掺入Co原子,将引入了4.00μ_B的磁矩,磁矩主要来源于Co原子.通过对电子局域函数的分析,可知,Ga, Co和O原子之间是共价键和离子键共同结合.在富镓的条件下,1×3×2超胞模型下,Co掺杂会形成浅受主杂质能级.     

氧流量对热蒸发CVD法生长β-Ga2O3纳米材料的结构及发光特性的影响

用热蒸发CVD法制备了β-Ga₂O₃纳米材料, 并用光致发光(PL)方法研究了其发光特性. Ｘ射线衍射分析显示, 产物为单斜结构的β-Ga₂O₃. 扫描电子显微镜测试表明: 在较小氧流量条件下制备的产物为β-Ga₂O₃纳米带, 宽度小于100nm, 长度有几微米; 较大氧流量时制备出β-Ga₂O₃纳米晶粒结构, 晶粒尺度在80—15 关键词： 光致发光 氧流量 纳米结构 2O₃')" href="#">Ga₂O₃     

磁控溅射功率对β-Ga2O3薄膜特性的影响

近年来,第三代宽禁带半导体材料β-Ga₂O₃受到越来越多的关注,在材料制备、掺杂、刻蚀等方面都有广泛研究.射频磁控溅射是常用的β-Ga₂O₃薄膜制备方法之一,而磁控溅射法制膜往往需要进行退火处理以提高薄膜质量.本文研究溅射功率对射频磁控溅射在C面蓝宝石基底上制备得到的β-Ga₂O₃薄膜特性的影响. X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)表征结果表明,随着溅射功率的增大,半峰宽呈现先增大后减小再增大的趋势,晶粒尺寸变化与之相反.此外,通过积分球式分光光度计,研究了溅射功率对β-Ga₂O₃薄膜光学特性的影响.光学特性方面,薄膜吸光度随着波长的增加,先升高后下降、再升高再下降,最后吸收边在700 nm附近截止,不同溅射功率制备的薄膜吸收光谱都存在两个吸收峰.     

后退火时间对磁控溅射制备β-Ga2O3薄膜材料的影响

第三代半导体β-Ga₂O₃因其优异的性质在近年来备受国内外的关注,而获得质量较好的β-Ga₂O₃薄膜也就成了其广泛应用的关键.本文采用射频磁控溅射方法,以C面蓝宝石(Al₂O₃)为衬底制备β-Ga₂O₃薄膜,并研究后退火工艺中退火时间对制得的β-Ga₂O₃薄膜材料的影响. XRD和AFM表征结果表明,随着退火时间的增加,薄膜的衍射峰强度表现为先增大后减小再增大的特性,半峰宽为先增大后减小,而晶粒尺寸与半峰宽相反;薄膜表面粗糙程度呈现先下降后上升的趋势.另外,利用积分球式分光光度计测试了薄膜的光学特性,结果表明薄膜的吸收光谱存在两个吸收峰值,分别位于250 nm和300 nm附近处,在深紫外区域有较好的吸收特性.     

In2O3晶体电子结构和光吸收机理研究

为了得到准确的In₂O₃晶体电子结构, 本文分别采用GGA, GGA+U, HSE06的方法计算了电子结构, 并进行了G₀W₀修正, 通过比较计算结果, 得到HSE06+G₀W₀方法计算得到的禁带宽带最接近实验结果. 在此基础上使用Hedin的G₀W₀近似方法和Bethe-Salpeter方程计算得到了In₂O₃晶体的光学性质, 计算结果与实验结果吻合很好, 在此基础上通过对准粒子能带结构、光学跃迁矩阵和光学吸收谱的分析, 给出了In₂O₃晶体的光学跃迁机理.     

本征缺陷对β-Ga2O3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-Ga₂O₃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-Ga₂O₃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Ga₂O₃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0.1?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Ga₂O₃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Ga₂O₃作为光催化材料的潜在应用.     

Si，Ge，Zr和Sn掺杂SrTiO3的电子结构和光催化性能第一性原理研究

使用QUANTUM ESPRESSO(QE)软件包实现的密度泛函理论研究了Si, Ge, Zr和Sn掺杂SrTiO₃的结构,电子结构和光催化性能.使用广义梯度近似(GGA)获得SrTiO₃的晶格常数与先前的实验数据非常一致.同时,获得了SrTi_0.875X_0.125O₃(X=Si, Ge, Zr, Sn)四种掺杂体系的晶格常数. SrTiO₃和SrTi_0.875X_0.125O₃(X=Si, Ge, Zr, Sn)四种掺杂的带隙值分别1.853 eV、1.849 eV、1.916 eV、1.895 eV和1.925 eV.在研究五种SrTiO₃体系的光催化性能时,采用剪刀算符对五种SrTiO₃体系的带隙值进行修正.计算本征SrTiO₃和SrTi_0.875X_0.125O₃     

Electronic structures and optical properties of Zn-doped β-Ga2O3 with different doping sites

<正>The electronic structures and optical properties of intrinsicβ-Ga₂O₃ and Zn-dopedβ-Ga₂O₃ are investigated by first-principles calculations.The analysis about the thermal stability shows that Zn-dopedβ-Ga₂O₃ remains stable. The Zn doping does not change the basic electronic structure ofβ-Ga₂O₃,but only generates an empty energy level above the maximum of the valence band,which is shallow enough to make the Zn-dopedβ-Ga₂O₃ a typical p-type semiconductor.Because of Zn doping,absorption and reflectivity are enhanced in the near infrared region.The higher absorption and reflectivity of Zn_Ca（2） than those of Zn_Ca（1）are due to more empty energy states of Zn_Ca（2）than those of Zn_Ca（1） near E_f in the near infrared region.     

Tm3+掺杂锗铌酸盐玻璃及其红外光谱特性

用高温熔融法制备了相同质量百分比浓度4%Tm₂O₃掺杂浓度下(90-x)GeO₂-xNb₂O₅-10Na₂O(其中数字为摩尔百分比x=1,2,4,6,8)以及Tm₂O₃掺杂浓度分别为质量百分比1%,2%,3%,4%下86GeO₂-4Nb₂O₅-10Na₂O(其中数字为摩尔分数)系列玻璃.研究了Nb₂O₅组分对玻璃热稳定性,荧光强度和J-O参数的影响.应用Judd-Ofelt理论,计算了Tm³⁺离子在Nb₂O₅浓度不同时的J-O强度参数(Ω₂,Ω₄,Ω₆)及Tm³⁺离子各激发态能级的自发跃迁概率、荧光分支比以及辐射寿命等光谱参量.根据McCumber理论,计算了Tm³⁺离子能级³F₄→³H₆(1.8 μm)跃迁的吸收截面和受激发射截面.从获得的吸收截面、发射截面与离子掺杂浓度计算了1.8 μm荧光波段的增益截面曲线.在808 nm波长光的激发下,研究了Tm³⁺掺杂玻璃在1.47与1.8 μm附近的荧光特性.发现当Tm₂O₃掺杂浓度为质量百分比3%时,在1.8 μm处的荧光强度达最大,然后随着掺杂浓度的增大,其荧光强度反而降低;当Nb₂O₅摩尔分数含量大约在2%时,Tm³⁺在1.8 μm处的荧光强度最强.并讨论了Nb₂O₅组分变化对玻璃结构与光谱特性的影响情况. 关键词： 3+掺杂锗铌酸盐玻璃')" href="#">Tm³⁺掺杂锗铌酸盐玻璃 红外光谱性质 交叉弛豫 2O₅')" href="#">Nb₂O₅     

RE2O3 (RE = Lu, Y, Sc)的氧空位第一性原理计算研究

本研究选择三个电子结构类似的稀土倍半氧化物RE₂O₃(RE=Lu, Y,Sc),建立适当的模型通过第一性原理计算,研究氧空位对体系的电子结构的影响.本研究以密度泛函理论(DFT)为基础,利用PBE泛函加U值修正计算了纯稀土倍半氧化物的能带结构.计算结果表明三种基体材料RE₂O₃的能带结构相似.在引入氧空位后,其增加的缺陷能级数目不同,依次为:Sc₂O₃2O₃2O₃.     

热原子层沉积钛掺杂氧化镓薄膜的光学性能

在250℃的低温下，以三甲基镓、四(二甲氨基)钛为前躯体源，O₃为反应气体，采用热原子层沉积制备了Ti掺杂Ga₂O₃(TGO)薄膜。Ga₂O₃和TiO₂的生长速率分别为0.037 nm/cycle和0.08 nm/cycle,TGO薄膜厚度低于理论计算值。X射线光电子能谱仪测试结果表明膜中Ti浓度随Ga₂O₃/TiO₂循环比减少而增加，O 1s、Ga 2p和Ti 2p的峰位置向较低的结合能移动，这是因为Ti原子取代了Ga原子的某些位点引起了结合能降低，表明Ti元素成功掺杂到Ga₂O₃薄膜中。TiO₂和Ga₂O₃的芯能级光谱分析表明薄膜中存有Ti⁴⁺和Ga³⁺离子。TGO薄膜的O 1s芯能级光谱中Ga-O键随着Ti-O键含量增加而下降，表明T...     

H掺杂α-Fe2O3的第一性原理研究

α-Fe₂O₃是一种重要的磁性半导体材料, 在电子器件中应用广泛, 具有重要的研究意义. 本文基于密度泛函理论, 采用GGA+U方法, 应用第一性原理对间隙H掺杂前后的六方相α-Fe₂O₃的晶格常数、态密度、Bader 电荷分布进行了计算分析. 研究了U值对结果的影响, 发现U=6 eV时, 体相α-Fe₂O₃的晶胞平衡体积、Fe原子磁矩、带隙值与实验值最符合. 在选取合适U值后, 第一性原理计算结果表明, H掺杂后, 间隙H部分被氧化, 其最近邻的Fe 和O部分被还原, H和O有一定程度的成键. 在费米面附近, 出现了新的杂化能级, 杂化能级扩展了价带顶的宽度, 同时导带底下移, 引起带隙减小, 表明H掺杂是一种有效的能带结构调控方法.     

AlN/β-Ga2O3异质结电子输运机制

β-Ga₂O₃具有禁带宽度大、击穿电场强的优点,在射频及功率器件领域具有广阔的应用前景.β-Ga₂O₃(201)晶面和AlN(0002)晶面较小的晶格失配和较大的导带阶表明二者具有结合为异质结并形成二维电子气(twodimensional electron gas,2DEG)的理论基础,引起了众多研究者关注.本文利用AlN的表面态假设,通过求解薛定谔-泊松方程组计算了AlN/β-Ga₂O₃异质结导带形状和2DEG面密度,并将结果应用于玻尔兹曼输运理论,计算了离化杂质散射、界面粗糙散射、声学形变势散射、极性光学声子散射等主要散射机制限制的迁移率,评估了不同散射机制的相对重要性.结果表明,2DEG面密度随AlN厚度的增加而增加,当AlN厚度为6 nm,2DEG面密度可达1.0×10¹³ cm^-2,室温迁移率为368.6 cm²/(V.s).在T<184 K的中低温区域,界面粗糙散射是限制2...     

Ce3+掺杂SiO2-Al2O3-Gd2O3玻璃的闪烁性能

通常, Ce离子掺杂的低密度玻璃有较高的发光效率, 而高密度的Ce离子掺杂玻璃其发光效率很低. 为了解释这一现象, 采用高温熔融法获得了SiO₂-Al₂O₃-Gd₂O₃三元系统的玻璃形成区, 并在还原气氛下制备了Ce³⁺掺杂SiO₂-Al₂O₃-Gd₂O₃以及SiO₂-Al₂O₃-Gd₂O₃-Ln₂O₃ (Ln=Y, La, Lu)闪烁玻璃, 研究了其光谱和闪烁性能. 测试结果显示: 随着Gd₂O₃含量增加, 玻璃紫外截止波长发生红移, 荧光强度降低, 衰减时间缩短; 加入Lu₂O₃, La₂O₃, Y₂O₃后, 紫外截止波长发生红移, 荧光强度降低, 衰减时间变短; 当Gd₂O₃超过10% mol时, X射线荧光积分光产额从相当于锗酸铋 晶体的61%降低到13%. 荧光强度降低、衰减时间缩短的原因是随着玻璃的紫外截止波长红移玻璃的能带宽度变窄, 使得Ce³⁺离子的d电子轨道开始接近玻璃的导带, Ce³⁺离子受辐射后跃迁到d电子轨道的电子会通过导带与玻璃中的空穴复合, 产生电荷迁移猝灭效应.     

Tm3+/Yb3+共掺氟氧硅铝酸盐玻璃陶瓷蓝色上转换发光研究

按摩尔百分比制备了组分为30SiO₂-(20-x-y)Al₂O₃-40PbF₂-10CdF₂-xTm₂O₃-yYb₂O₃的两组Tm³⁺/Yb³⁺共掺杂氟氧硅铝酸盐上转换蓝色发光玻璃陶瓷材料,测量了其在980nm激 关键词： 玻璃陶瓷 上转换发光 3+/Yb³⁺掺杂')" href="#">Tm³⁺/Yb³⁺掺杂 掺杂浓度     

C掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用第一性原理的局域密度近似+U(0 ≤U≤9 eV)方法研究了本征金红石相TiO₂在不同U值(对Ti-3d电子)下的禁带宽度、晶体结构以及不同比例C元素掺杂的金红石相TiO₂的电子结构和光学性质, 研究表明, TiO₂的禁带宽度和晶格常数随着U值的增加而增大. 综合考虑取U=3 eV并对其计算结果进行修正. 对于掺杂体系, 发现C 元素的掺杂在金红石相TiO₂中引入杂质能级, 杂质能级主要由O-2p轨道和C-2p轨道耦合形成, 杂质能级的引入可以增加TiO₂对可见光的响应, 从而使TiO₂的吸收范围增大. C原子掺杂最佳比例为8.3%, 此时光学吸收边的红移程度最明显, 可增大光吸收效率, 从而提高了TiO₂光催化效率.     

Yb3+/Er3+共掺BaGd2O4荧光粉的制备及其上转换发光性质

采用溶胶-凝胶法制备了Yb³⁺/Er³⁺共掺杂BaGd₂O₄上转换荧光粉。研究了退火温度对BaGd₂O₄晶体结构的影响,以及Yb³⁺/Er³⁺共掺杂的BaGd₂O₄荧光粉在971 nm LED激发下,激发密度与上转换发射光功率及效率的关系。研究结果表明,尽管BaGd₂O₄与目前报道效率最高的Yb³⁺/Er³⁺共掺杂BaGd₂ZnO₅基质的最高声子能量相同,但光-光转换效率却相差82倍,极值量子效率相差7.8倍。结论认为,在声子能量不是很高的情况下,材料结构是影响上转换效率的主要因素。     

Y2O3: Eu,Dy的制备与红色长余辉发光性能研究

采用高温固相法合成发光样品Y₂O₃：Eu³⁺_0.01和Y₂O₃：Eu³⁺_0.01,Dy³⁺_0.01.X射线衍射分析(XRD)表明样品保持Y₂O₃晶格结构,掺入的Eu³⁺和Dy³⁺对Y_{2关键词： 长余辉 2}O₃')" href="#">Y₂O₃ 稀土掺杂 陷阱