In、Ga掺杂对SnO2的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法，建立了本征SnO2、SnO2:In、SnO2:Ga和SnO2:(In,Ga) 超晶胞模型并进行了几何结构优化，对其能带结构、 态密度、 电荷密度及光学性质进行了模拟计算. 结果显示，相比于SnO2:In和SnO2:Ga，SnO2:(In, Ga)的晶格常数更接近于本征SnO2，可有效降低SnO2材料掺杂体系的晶格畸变. SnO2中In、Ga的掺入能够增大材料的带隙值，且能带结构向高能方向移动，材料呈现典型的p型半导体特性. SnO2:(In, Ga)中，In与Ga掺杂原子和O原子的电子云呈现出共价键特性. 光学性能表明，SnO2:(In, Ga)晶体中，光子能量在0~2.45eV和大于6.27eV的范围内表现出良好的介电性能，在微型微电子传感器机械系统器件和高密度信息存储等方面具有良好的应用前景. SnO2:(In, Ga)在可见光范围内具有105cm-1数量级的吸收系数，能够强烈地吸收光能，在光电器件的吸收材料中具有潜在的应用前景.     

In、Ga掺杂SnO_2的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了本征SnO_2、SnO_2∶In、SnO_2∶Ga和SnO_2∶(In,Ga)超晶胞模型并进行了几何结构优化,对其能带结构、态密度、电荷密度及光学性质进行了模拟计算.结果显示,与SnO_2∶In和SnO_2∶Ga相比,SnO_2∶(In,Ga)的晶格常数更接近于本征SnO_2,可有效降低SnO_2材料掺杂体系的晶格畸变.SnO_2中In、Ga的掺入能够增大材料的带隙值,且能带结构向高能方向移动,材料呈现典型的p型半导体特性.SnO_2∶(In,Ga)中,In与Ga掺杂原子和O原子的电子云呈现出共价键特性.光学性能表明,SnO_2∶(In,Ga)晶体中,光子能量在0~2.45 e V和大于6.27 e V的范围内表现出良好的介电性能,在微型微电子传感器机械系统器件和高密度信息存储等方面具有良好的应用前景.SnO_2∶(In,Ga)在可见光范围内具有10~5cm~(-1)数量级的吸收系数,能够强烈地吸收光能,在光电器件的吸收材料中具有潜在的应用前景.     

应变调控单层2H-MoS2的能带结构和光学性质

为了从电子层面分析应变对能带结构以及光学性质产生影响的机理,采用密度泛函理论研究了应变对单层2H-MoS₂能带结构、光学性质、载流子迁移率和光催化分解水的影响.结果表明：晶格拉伸后带隙由2.15 eV减小到了1.65 eV,而晶格压缩后带隙由2.15 eV增大到2.66 eV.随着拉应变的增大,吸收曲线产生了蓝移,压应变对光学吸收系数的影响刚好相反.电子的载流子迁移率比空穴的大10倍左右,所以光照下电子和空穴能够有效的分离.综合光的吸收系数和光催化制氢条件这两个方面的因素可知,应变在2%、-2%、-6%这三种情况下能够得到最好的光催化制氢效果.     

Zn1-xCoxSe 电学和光学性质的理论研究

应用基于密度泛函理论的第一性原理计算和研究了Zn1-xCoxSe的能量、几何结构、电学和光学性质等。计算发现,Co原子掺入ZnSe晶格常数减小,并导致晶格畸变;分析了电子态密度图,结果表明带隙变窄;计算了吸收系数,结果表明吸收峰展宽至更长波长区域。     

(Th, Pa)O2和(U, Pa)O2的结构与性质的密度泛函研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理,采用广义梯度近似的PBEsol+U方法计算了ThO2﹑PaO2﹑UO2﹑(Th, Pa)O2和(U, Pa)O2的结构、力学、电子和光学性质. 结构优化的结果表明PBEsol+U方法能对锕系氧化物ThO2﹑PaO2和UO2提供较好的晶格参数和力学参量. 计算ThO2﹑PaO2和UO2的晶格参数和带隙与实验值和相关理论值做了比较,且与实验值吻合较好. 同时,(Th, Pa)O2和(U, Pa)O2的晶格参数处于ThO2与UO2之间,同时预测(Th, Pa)O2和(U, Pa)O2的带隙也处于ThO2与UO2的带隙值之间. 电子性质计算表明PaO2和UO2是Mott绝缘体,而ThO2是电荷转移绝缘体,这些是和实验和理论结论是一致的. 而(Th, Pa)O2和(U, Pa)O2在费米能级附近的电子态有显著的自旋极化效应,且导带分别主要是Pa-5f和U-5f电子态占据. 最后,对比分析了这些体系的光学介电函数的实部和虚部以及光学参数.     

CdS_xSe_(1-x)合金结构、电子结构和光学性质的第一性原理研究

用密度泛函理论究了闪锌矿型三元合金体系Cd SxSe1-x的晶体结构、电子结构和光学性质.计算了组分参数在0≤x≤1范围内Cd SxSe1-x的电子结构、态密度和带隙,计算结果表明Cd SxSe1-x为直接带隙半导体材料,其带隙随Se含量的增加而减小.分析了Cd SxSe1-x的复介电函数和吸收系数等光学性质随光子能量变化的关系,随Se元素含量增加,各光学特性曲线向低能方向移动.     

四元(AlxGa1-x)0.51In0.49P(x=0.29)合金的PLE及极化PL谱

对与 Ga As晶格匹配的四元合金 (Alx Ga1-x) 0 .51In0 .4 9P(x=0 .2 9)作了 PL E及极化 PL谱的测量 .进一步探讨有序结构 Al Ga In P中在 55～ 84 K出现的峰值蓝移的温度反常现象的来源 .PL E谱的测量表明子能带的存在 ,其能级的差异正好处在高温区激活能内 ,是引起温度反常现象的原因 .通过从 17K到 112 K的极化 PL谱测量并未发现价带中 Г4 和 Г5,6子带的分裂 .推测在 Al Ga In P中 ,由晶格有序的超晶格效应引起晶体导带从 L点到布里渊区的Г点的折叠效应 .在温度大于 55K时 ,导带的载流子获得足够的能量从Г带跃迁到 L带 ,而导致了 PL谱的温度反常行为 .     

Al掺杂的Ca2Si的电子结构和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法对Ca2Si和Al掺杂Ca2Si的能带结构、态密度和光学性质进行计算。结果表明Al掺杂引起了晶格结构畸变,晶胞体积增大;费米能级插入价带中,Al掺杂Ca2Si变为P型半导体,禁带由未掺杂时的0.26eV变为0.144eV,价带主要由Si的3p,Al的3p以及Ca的4s和3d共同贡献,导带主要由Si的3p态贡献;光学性质的结果显示,由于Al掺入,ε1（0）值增大,ε2(ω)向低能端移动,吸收系数、复折射率增大,反射率减小。     

Ge基GaInP材料结构和光学性质研究

采用高分辨透射电子显微图像(HRTEM)、光致发光谱(PL)和原子力显微镜(AFM)技术等研究了金属有机化学气相沉积(MOVPE)技术制备的Ge基Ga In P异质外延层的结构和光学性质.研究表明,Ga In P带边发光峰能量位置随温度变化的倒"S"型变化来源于局域态和本征态发光之间的竞争;同时,实验中观察到了由[Ge(Ga,In)-V(Ga,In)]络合物所引起的1.4 e V左右的宽发光峰.不同偏角衬底的Ga In P外延层的变温PL谱和AFM分析表明,9°偏角的Ge衬底上生长的Ga In P外延层的有序度比6°偏角时减小,表面形貌更为平整.此外,Ge衬底和Ga In P之间插入超薄Al As层会增加Ga In P材料的有序度.当Al As界面层厚度由0.5 nm增加到5 nm时,观察到了由于应力增加所导致的Ga In P材料有序度的增加,从而导致载流子弛豫时间增加且呈双指数规律衰减.在Ge/Al As/Ga In P结构中,100 K下的PL谱中出现了与P空位相关的1.57 e V左右宽发光峰,并且该发光峰强度随Al As界面层厚度的增加而增强.     

基于第一性原理计算压强对CaO电子结构和光学性质的影响

为了探究压强对CaO晶体电子结构和光学性质的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势理论方法对晶体进行了理论计算与分析.优化后所得晶格常数与实验值基本一致.研究结果表明:该晶体属于直接带隙绝缘体,带隙值为4.239 eV,价带顶主要由O-p轨道贡献,导带底由Ca-d轨道贡献.随着压强的增加,介电函数实部和折射率峰值减小,并发生红移,介电函数虚部峰值变大,并发生蓝移,而反射率、吸收系数和能量损失函数的峰值均增大.因此,改变压强可以有效改变CaO的电子结构和光学性质.     

钛酸铅光学特性的第一性原理研究

采用广义梯度近似下的密度泛函方法对PbTiO3顺电相进行研究.计算得到PbTiO3直接带隙及间接带隙的大小分别为1.77和1.66eV,且研究了PbTiO3的介电函数、反射系数、吸收系数、能量损失系数、折射系数和湮灭系数等光学性质,并基于电子能带结构对光学性质进行了解释.     

全In组分可调InGaN的分子束外延生长

Ⅲ族氮化物InxGa1-xN合金为直接带隙半导体,其禁带宽度随着In组分变化从3.43 e V(Ga N)到0.64e V(In N)连续可调,波长范围覆盖了0.3–1.9μm,具有电子饱和速度高和光学吸收系数大等特点,是制备高效率全光谱太阳能电池和白光照明器件的理想材料.由于缺少合适的衬底,In N和InxGa1-xN薄膜通常生长在蓝宝石或Ga N模板上.本论文综述了采用MBE方法,在蓝宝石衬底和Ga N模板上生长了In N和全组分InxGa1-xN薄膜的生长行为和材料物理性质.利用MBE边界温度控制法在蓝宝石衬底上生长高室温电子迁移率的InN薄膜,利用温度控制外延法在Ga N/蓝宝石模板上制备了全组分InxGa1-xN薄膜.     

C掺杂锐钛矿TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

基于第一性原理,计算了碳掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质.计算结果表明,纯TiO2的晶格参数与实验值以及其它的理论结果符合的很好;碳掺杂TiO2的带隙间出现了三个孤立的非纯态;掺杂TiO2的带隙和结构参数随着掺杂碳的含量和分布方式变化;碳掺杂TiO2可以吸收波长更长的太阳光,有助于提高TiO2的可见光催化活性.     

K掺杂β-BaCu_2S_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

为探究K掺杂对β-BaCu_2S_2晶体电子结构和光学性质的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波理论方法,对不同K掺杂比例β-BaCu_2S_2的电子结构和光学性质进行理论计算和分析.计算结果表明:β-BaCu_2S_2是一种直接带隙半导体,带隙值为0.566 e V.由其能带结构可知,随着K掺杂比例的增加,β-BaCu_2S_2晶体的带隙变窄,导电性增强.此外,随着K掺杂物质的量比例的增加,晶体静态介电常数明显变大,说明此时有电子从价带跃迁到导带.K掺杂可以明显改变晶体的光学性质,随着K掺杂物质的量比例的增加,晶体吸收系数的吸收边发生红移.研究结果说明K掺杂可以改变晶体的电子结构,调制晶体的光学性质,这为β-BaCu_2S_2光电材料的实际应用提供了一定的理论指导.     

ITO薄膜的光学和电学性质及其应用

介绍了氧化铟锡（ITO）薄膜的光学和电学性质及应用。优化的ITO薄膜有立方铁锰矿结构。掺杂的Sn替代In2O3晶格上的In原子，每个Sn原子可以看作给导带提供一个自由电子。ITO薄膜载流子浓度为－10^20cm^-3，电阻率为－10^-4Ωcm，是高度简并半导体，其能带为抛物线型结构。由于Burstein-Moss效应，光学能隙加宽。除了紫外带间吸收和远红外的声子吸收，Brude理论与ITO的介电常数实际值符合得很好，说明自由电子对ITO薄膜的光学性质有决定性作用。由于ITO薄膜优异的光学和电学特性使它日益获得广泛应用。     

第一性原理计算Al掺杂的正交相Ca_2Si的电子结构及光学性质

采用基于第一性原理方法对Ca_2Si和Al掺杂Ca_2Si的能带结构、态密度和光学性质进行计算.结果表明Al掺杂引起了晶格结构畸变,晶胞体积增大;Al掺杂Ca_2Si使得费米能级插入价带中,Ca_2Si导电类型变为P型半导体,禁带宽度由未掺杂时的0.26减小到0.144eV,价带主要由Si的3p,Al的3p以及Ca的4s和3d共同贡献,导带主要由Si的3p态贡献;光学性质的结果显示,由于Al掺入,ε1(0)值增大,ε2(ω)向低能端移动,吸收系数、复折射率增大,反射率减小.     

1eV带隙GaNAs/InGaAs短周期超晶格太阳能电池的设计

使用In,N分离的GaNAs/InGaAs短周期超晶格作为有源区是未来实现高效率GaInNAs基太阳能电池的重要结构之一.同时,考虑到具有1eV带隙的GaInNAs子电池的重要性以及与Ge衬底晶格匹配的优势,基于Ge衬底上的四结及多结太阳能电池无疑荣景可期.为在实验上较好地控制所需带隙,我们利用传输矩阵方法从理论上计算了实现1eV带隙下超晶格的周期数、垒层厚度以及In,N的浓度,并进一步讨论分析1eV带隙下的多个相关参数的对应关系以及超晶格的应变状态.     

黄铜矿MgGeP2的几何结构，弹性性质和热学性质的研究

利用第一性原理的密度泛函方法对MgGeP_2结构性质,弹性性质和热力学性质进行了系统的研究,得到了平衡态的晶格常数,能带带隙,弹性系数和其他相关的热力学参数.通过对结果进行理论分析发现:MgGeP_2在零压下属于直接带隙半导体,带隙值为1.522eV.而弹性性质计算说明MgGeP_2是各向异性且具有良好塑性的材料.在0~40GPa的压强和0~800K温度范围内,利用准谐德拜模型理论计算了热膨胀系数,热容CV和Cp,熵和德拜温度随压强和温度的变化趋势.     

热致漂白效应对非晶Ge34Ga2S64薄膜结构和光学特性的影响

采用热蒸发法技术沉积Ge34Ga2S64非晶薄膜,并对薄膜样品在375℃热处理2h。通过分光光度计、表面轮廓仪和显微拉曼光谱仪测试热处理前后薄膜样品的透过曲线、薄膜厚度和拉曼结构。利用薄膜干涉曲线的波峰和波谷计算了薄膜的厚度和折射率,并根据Swanepoel方法以及Tauc公式分别计算了薄膜折射率色散曲线和光学带隙等参数。结果表明,Ge34Ga2S64非晶薄膜经热处理后发生热致漂白效应,大分子团簇以及Ge-Ge、S-S同极错键含量明显减少,网络结构无序性降低,从而引起薄膜的光学吸收边蓝移、折射率降低、表面粗糙度(Ra)降低0.515nm和光学带隙增大0.118eV。     

立方SrZrO_3电子结构和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了立方SrZrO3的电子结构和光学性质。计算结果表明立方SrZrO3为间接带隙钙钛矿型复合氧化物,计算得到的最小带隙为3.33eV。计算并分析了立方SrZrO3的复介电函数、复折射率、吸收系数、反射率、损失函数和光电导率,计算得到静态介电常数为3.40,折射率为1.86,吸收系数的最大峰值为468431.8cm1,反射峰的最大值为0.472,理论计算结果与其他文献结果基本一致,并利用分子轨道理论解释了立方SrZrO3电子结构和光学性质之间的关系,这为立方SrZrO3的应用提供了理论参考数据。