ZnO复合本征缺陷的第一性原理研究

利用密度泛函理论下的第一性原理平面波赝势法,研究了纤锌矿ZnO不同复合本征缺陷的形成能,并在O/Zn=1、O/Zn1(富氧)和O/Zn1(富锌)的情况下进行了数值计算.结果显示,O/Zn=1时,Oi-VO缺陷的形成能最低;O/Zn1(O/Zn1)时,Zn间隙(O间隙)缺陷形成能最低.因此,在这3种情况下Oi-VO缺陷和O间隙、Zn间隙缺陷是非常重要的缺陷.比较四面体间隙和八面体间隙发现,八面体间隙形成能更低.另外,在富Zn情况下,起主导作用的是Zn间隙和O空位缺陷,这可能是抑制ZnO实现p型转化的原因之一.     

缺陷情况下ZnO电子结构的第一性原理研究

由于缺陷对氧化锌ZnO晶体的光电性能具有重要影响,采用基于密度泛函理论的从头计算量子力学程序的CASTEP软件构造了氧间隙、氧空位和锌空位3种缺陷类型,利用第一性原理计算ZnO的拉曼光谱,通过与实验所得拉曼光谱进行对比,确定ZnO晶化过程中缺陷的构型,并进一步计算了含有不同缺陷的ZnO模型的电子结构.结果表明:氧空位缺...     

硅衬底上多层Ge/ZnO纳米晶薄膜的制备及光学特性

采用射频磁控溅射技术和快速热退火方法在Si(100)衬底上制备多层Ge/ZnO纳米晶薄膜.Ge纳米晶的大小随着退火温度的增加,从2.9nm增加到5.3nm.光致发光谱测试发现两个发光峰,分别位于1.48,1.60eV左右.研究发现:位于1.48eV处的发光峰来源于ZnO相关的氧空位或富锌结构的缺陷发光,位于1.60eV处的发光峰随着退火温度的增大向短波长移动,该发光峰应该来源于GeO发光中心.     

纳米ZnO的温和液相法制备及其光催化性能

以ZnCl₂作为锌源,采用液相法制备了由粒径约17 nm的氧化锌粒子组合而成的花状六方纤锌矿晶体结构的氧空位缺陷型ZnO纳米材料,对制备的ZnO纳米材料的结构、形貌和成分进行了表征,计算了其禁带宽度,并通过光催化降解亚甲基蓝研究了其光催化性能.结果表明:氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有很好的结晶度和形貌,且禁带宽度为3.17 eV,低于普通ZnO的禁带宽度.当光催化降解亚甲基蓝溶液0.5、2.5 h时,降解率分别为20%和80%,降解速度是普通Ag纳米颗粒掺杂氧化锌的4倍,表明制备的氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有优异的光催化性能.     

ZnO(0001)Zn极性面上不同单体生长动力学特性

通过第一性原理和密度泛函方法,计算了在富锌和富氧条件下形成的Zn原子、ZnO分子、Zn3O1和Zn1O3团簇等不同单体在ZnO(0001)Zn极性面上典型的纤锌矿和闪锌矿结构沉积位的系统总能及其扩散势垒和相互作用能.结果表明,Zn1O3和Zn3O1团簇以及Zn原子单体易于获得纤锌矿结构的ZnO,而ZnO分子的稳定性较弱且易于沉积于闪锌矿位；富锌条件形成的Zn3O1团簇单体或Zn原子单体,有利于在较低温度下获得均匀结构的晶体；Zn3O1团簇单体则会形成具有一定孔洞的单一相晶体,而Zn1O3单体易形成致密的晶体；以Zn原子、Zn1O1和Zn1O3团簇为单体的沉积更易于聚集,而ZnO分子则不利于成核.     

溶液法制备ZnO多晶薄膜电阻开关耐受性衰退物理机制

利用溶液法制备出平整致密的ZnO多晶薄膜,微结构观测分析表明ZnO晶粒为六方纤锌矿结构,平均粒径约为23.7 nm,由薄膜样品的紫外-可见光吸收谱计算出其光学带隙宽度约为3.3 eV. Ag/ZnO/ITO三明治结构单元的电流-电压曲线呈现出稳定的双极性电阻开关特性:置/复位电压小于±0.4 V,在-0.1 V的读取电压下可获得10~3–10~4的高/低电阻值比,明显优于类似溶液法制备ZnO薄膜的电阻开关性能.然而,在周期性电场力作用下,ZnO多晶薄膜内定向漂移的自由氧离子逐渐被晶格氧空位捕获成为不可移动的晶格氧原子.膜内氧空位缺陷浓度的逐渐降低导致膜内氧空位导电细丝通道越来越细,器件无法长时间维持稳定的低电阻态.因此,随着循环周期数的增加,器件的低电阻态逐渐向高电阻态衰退,直至电阻开关窗口消失.     

激光分子束外延ZnO薄膜的缺陷发光研究

利用激光分子束外延方法在温度为573 K的单晶硅(100)衬底上制备了不同氧压条件下的氧化锌薄膜,对其结构和光学特性进行了研究.结果表明:所有的ZnO薄膜都具有很好的C轴择优取向.在氧压为1 Pa时,薄膜紫外发光最强,半高宽最窄(101 meV).变温发光光谱表明:当温度从80 K升至室温时,制备氧压为1 Pa的薄膜未发现可见光发射;而制备氧压为30 Pa的薄膜随着测量温度的降低,出现了可见光发射,并且随着测量温度的降低,与氧空位、氧占位和氧替锌位相关的缺陷发光峰出现红移,而与氧替锌位发光峰相近的锌位缺陷发光峰出现蓝移.     

NiAl晶体中点缺陷的模拟

利用嵌入原子法（ＥＡＭ）势函数,通过分子静态弛豫方法ＮｉＡｌ合金中各种点缺陷的形成能进行了模拟计算。结果表明,从点缺陷的形成能来看,在ＮｉＡｌ晶格中很难形成Ｎｉ反位置缺陷,而Ａｌ原子亚点阵位置总是被占据。当合金富Ｎｉ时,Ｎｉ占据Ａｌ位置形成Ａｌ的反位置缺陷;当合金富Ａｌ时,形成Ｎｉ空位。点缺陷周围原子的位移情况及双空位形成能与空位之间间距的关系的研究表明,随着两个空位之间距离的增大,其交互作用逐渐     

密排六方金属中多空位的改进分析型嵌入原子法计算

应用改进分析型嵌入原子法(Modified Analytical Embedded-Atom Method,MAEAM),计算了密排六方(Hexagonal Closed-Packed,HCP)金属(c/a<1.633)单空位形成能以及双空位与三空位的形成能与结合能.空位形成能的最小值或结合能的最大值均表明,双空位稳定结构是第一近邻[1n]、第二近邻[2n]或第三近邻[3n];三空位稳定结构是三空位组成两个第一近邻和一个第二近邻[112]、一个第一近邻和一个第二近邻以及一个第三近邻[123]或三个第二近邻[222].这说明在密排六方金属(c/a<1.633)中存在空位聚集趋势.     

本征缺陷对ZnO:(In,N)薄膜p型导电的影响

采用射频磁控溅射和离子注入技术,在石英玻璃衬底上制备了In-N共掺ZnO薄膜[ZnO:(In,N)].通过优化退火工艺,成功实现了可重复的p型ZnO:(In,N)薄膜,其空穴浓度约为10~(16)cm~(-3),并观察到薄膜随退火产生n→p→n电学转变现象.利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)和光致发光谱(PL)等测试手段,研究了掺杂杂质和本征缺陷对薄膜结构和p型导电的影响.发现相较于n型样品,p型ZnO中N相关受主缺陷浓度并不占优,但其本征施主缺陷锌间隙(Zn_i)含量较少,本征受主缺陷氧间隙(O_i)和锌空位(V_(Zn))相对较多.表明薄膜中除N相关受主缺陷(N_O,In_(Zn)-nN_O)对p型导电有贡献之外,本征缺陷(V_(Zn),O_i,Zn_i)对实现薄膜p型导电也有重要作用.因此,如何调控ZnO中本征缺陷是实现其p型转变以及获得稳定p-ZnO薄膜的重要手段.     

熔盐法生长ZnO单晶颗粒的机制与光学性能研究

文章采用熔盐法生长ZnO颗粒,研究了颗粒生长机制以及合成条件对于颗粒晶体质量和光学性能的影响.研究发现:熔盐法生长的ZnO颗粒为单晶,具有六角纤锌矿结构,其生长机制由Ostwald熟化生长和取向联结生长2种机制组成;此外,煅烧条件对于颗粒的晶体质量和发光性能均具有很大影响;Ar气负压条件下的高温煅烧有助于提高颗粒整体的结晶质量,但同时也会在颗粒内引入氧空位缺陷,从而使其具有较强的绿光发射性能;而ZnO颗粒在空气常压条件下煅烧虽然可以减少氧空位缺陷,但是其较快的生长速率却会在颗粒内引入应力和其他缺陷,从而降低颗粒的晶体质量,造成其发光性能很弱.     

氧浓度对MS法制备的ZnO:Sb薄膜的光学性能影响

在玻璃衬底上以Zn-Sb合金靶为靶材,采用射频反应磁控溅射法制备出具有良好C轴取向的ZnO:Sb薄膜.用X射线衍射仪、分光光度计和荧光发光光度计等测试手段分析了Sb掺杂ZnO薄膜的晶体结构和光学性质.薄膜在N2气中550 ℃退火后的X射线衍射谱表明: Sb掺杂ZnO薄膜主要沿ZnO的(002)方向生长,没有检测到其它杂质相的生成.退火前,薄膜的光学带隙随氧浓度的增大而增大,退火后薄膜光学带隙减少.薄膜的室温光致发光谱中有较强的蓝光发射峰,并对蓝光的发射机理作了分析:蓝光(487 nm左右)的发射与锌填隙(Zni)和锌空位(VZn)缺陷能级有关,还与Sb3+离子提供了相应的蓝光中心有关;蓝光峰(436 nm左右)的发射与锌填隙缺陷能级和氧空位(VO)形成的浅施主能级有关,这些蓝光峰的出现对于开发出单色蓝光发光器件有重要意义.     

纳米氧化锌颗粒的荧光光谱特性及测试条件的影响

分别用沉淀法和有机物单源的热分解方法从溶液中生长了不同尺寸的氧化锌纳米晶体,研究了纳米晶体的荧光特性及其对测量样品状态的依赖关系.尺寸比较大的ZnO纳米晶体在固态下其荧光光谱为宽阔的发光带,并在宽阔发光带上出现一系列明显的精细结构,而分散于有机溶剂中时其荧光由激子复合发射和通过氧空位的复合发射组成.分散于有机溶剂中的中等尺寸的表面包裹的纳米ZnO晶体的荧光由激子荧光、通过浅杂质的发射和通过本征缺陷复合的荧光组成,其强度随着测量浓度的升高而增强,并且激子的荧光发生红移;尺寸比较小的表面包裹的纳米晶体的荧光为激子复合和通过氧空位复合的荧光组成,激子荧光强度、通过氧空位的发光强度及其相对强度随着纳米晶体浓度的变化而变化,测量浓度的升高,激子发光峰没有位移,但与缺陷态相关的激发光荧光发生红移.     

缺陷对单壁碳纳米管电子结构调制的第一性原理计算

用密度泛函理论计算不同浓度点空位缺陷对扶手型和锯齿型碳纳米管电子结构的调制, 并对其键长、 缺陷形成能、 带隙及电子态密度进行分析. 结果表明： 随着缺陷浓度的增加, 邻近碳原子间化学键键长减小, 扶手型碳纳米管带隙打开, 由金属性质变为半导体性质, 锯齿型碳纳米管带隙逐渐变小; 碳原子缺失使缺陷附近未成键的悬键电子局域在Fermi能级附近形成额外的电子态而改变了碳纳米管的电子结构.     

硅二极菅脉冲中子辐照效应的研究

对加固Ｐ＋ｎｎ＋高压整流二极营进行了脉冲中子辐照和热中子辐照。ＤＬＴＳ测量表明，脉冲中子辐照（Φｎ＝８．６×１０１３ｎ／ｃｍ２）在硅中引入的缺陷主要是双空位Ｅ４和Ｅ３缺陷，氧空位和双空位缺陷强度很低。氧空位密度的降低可归因于辐照缺陷的衰减和再构。脉冲中子辐照引起Ｆｒｅｎｋｅｌ对成份的增加，增加的空位密度致使复杂络合物，例如（Ｏ十Ｖ２）或（Ｏ十Ｖ３）缺陷的有效产生。实验结果还表明，该类器件具有良好的耐辐照特性。文中还对退火特性进行了讨论。退火使氧空位和双空位Ｅ２增加，这可能是Ｖ２Ｏ、Ｖ３Ｏ分解所致。     

硅二极管脉冲中子辐照效应的研究

对加固Ｐ＾＋ｎｎ＾＋高压整流二极管进行了脉冲中子辐照和热中子辐照。ＤＬＴＳ测量表明，脉冲中子辐照（Φｎ＝８．６×１０＾１３ｎ／ｃｍ＾２）在硅中引入的缺陷主要是双空位Ｅ４和Ｅ２缺陷，氧空位和双空位Ｅ２（Ｖ＾＝２）缺陷强度很低。氧空位密度的降低可归因于辐照缺陷的衰减和再构。脉冲中子辐照引起Ｆｒｅｎｋｅｌ对成份的增加，增加的空位密度致使复杂络合物，例如（Ｏ＋Ｖ２）或（Ｏ＋Ｖ３）缺陷的有效产生。实验结果还     

ZnO薄膜的光谱及能级

文章归纳了大量有关ZnO薄膜光致发光的实验结果,并与理论计算的能级图相比较,通过分析得出了以下结论:红光的发射与氧空位(V_o)及锌填隙(Zni)有关;绿光及蓝光的发射除与氧空位(V_o)及锌填隙(Zni)有关外,还与锌空位(V_(Zn))有关。     

纳米氧化锌薄膜蓝光发射机制的研究进展

氧化锌是一种重要的短波长光电子材料。除了它的紫外发射之外,氧化锌的蓝光发射也同样引起了人们的极大关注。尽管人们已经对ZnO材料的蓝光发射做了比较深入的研究,然而对于它的发射机理目前尚无统一的结论。从理论和实验两方面对氧化锌薄膜的蓝光发射机制进行了综述,重点介绍了由锌填隙、锌空位、氧空位及杂质导致的缺陷发光模型。根据上面的分析及实验研究结果,认为蓝光发射主要与锌间隙和锌空位缺陷有关。     

GaSb中p型缺陷电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用基于密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)框架下的第一性原理计算方法,研究了GaSb半导体中p型缺陷的电子结构和光学性质,交换关联泛函采用局域密度近似(Local Density Approximation,LDA+U)方法对Ga-d电子和Sb-p电子的库仑作用势能进行修正,计算得到GaSb的禁带宽度和晶格常数与实验值相符. GaSb中本征缺陷形成能的数值表明,富Ga(Garich)生长条件下p型Ga替代Sb(Ga@Sb)缺陷的形成能最低,富Sb(Sb-rich)生长条件下p型Sb间隙(Sb-int)缺陷的形成能最低,解释了GaSb在不同生长条件下总是p型半导体的原因. Ga@Sb、Sb-int和Ga空位(VGa)三种p型本征缺陷电子结构和光学性质的计算结果表明,缺陷的存在使得GaSb半导体的光学吸收谱的吸收边发生明显的红移,中红外波段的高吸收系数表明GaSb可作为红外光光电子器件的重要功能材料.     

弥散供氧流动特性及其富氧效果

研究了大空间局部圆形出氧口弥散供氧流动特性及其富氧效果.弥散供氧轴向最大速度和氧气轴向最大浓度均随轴向距离增加而衰减,且在轴向x=0~0.6 m范围内具有很大速度梯度和浓度梯度.不同出流速度下弥散形成的富氧区域形状是相似的,较小管径下富氧区域下游的浓度轮廓更接近“半椭圆”形,弥散范围更大;拟合得到富氧区域外边界扩展半宽度随轴向距离变化的关系式及富氧面积随出流流量变化的关系式.相同流量的富氧采用双出氧口弥散形成的富氧面积比单出氧口弥散形成的富氧面积减少约10%;相同流量的富氧以6 mm管径弥散形成的富氧面积比8 mm管径的富氧面积增加约10%.