宽禁带半导体掺杂机制研究进展

随着电子信息技术进入后摩尔时代,人们期望探寻一些新材料、新技术以推进半导体科学技术的发展.作为新一代战略电子材料,宽禁带半导体的技术应用近年来取得了飞速发展.宽禁带半导体的掺杂与缺陷调控是实现其重要应用价值的关键科学基础.本文主要介绍了我们和合作者近期围绕碳化物、氧化物、氮化物宽禁带半导体中掺杂与缺陷机理及性能调控展开的研究工作,具体包括:(1)探究4H-SiC中本征缺陷的电学和动力学性质,解释了实验上4H-SiC的有效氢钝化现象的内在物理机制;(2)研究In₂O₃中过渡金属元素的掺杂物理性质,提出了过渡金属掺杂的设计原则,并预测过渡金属Zr、Hf和Ta在In₂O₃中具有优异的n型特性;(3)采用轻合金化法调控Ga₂O₃材料的价带顶位置,并通过选取合适的受主杂质(如Cu_Ga),有望使(Bi_xGa_1–x)₂O₃合金成为高效的p型掺杂宽禁带半导体(4)...     

Al掺杂量和衬底温度对ALD沉积的ZnMgO:Al薄膜的影响

ZnMgO∶Al具有近紫外透明导电薄膜的应用潜力.使用原子层沉积(ALD)制备了ZnMgO∶Al薄膜,研究了Al掺杂量和衬底温度对ZnMgO∶Al薄膜的物相和光电性能的影响.研究结果表明,在较高Mg含量下,Al重掺杂(>5%)将破坏ZnMgO∶Al的结晶性,迅速恶化其电学性能.ZnMgO∶Al的光学性质对衬底温度不敏感,但较高的衬底温度(210℃)能大幅改善薄膜的导电性.     

La2O3掺杂量对0.06BiYbO3-0.94Pb(Zr0.48Ti0.52)O3三元系压电陶瓷结构和性能的影响

采用传统的固相反应法制备0.06BiYbO₃-0.94 Pb(Zr_0.48Ti_0.52)O₃-xwt.%La₂O₃(BY-PZT-xLa,x=0～0.6)三元系压电陶瓷,并研究了La₂O₃掺杂量对BY-PZT-xLa压电陶瓷微观结构和电学性能的影响.研究结果显示,BY-PZT-xLa压电陶瓷为纯的四方钙钛矿结构,晶格常数随x的增加而减小,表明La₂O₃成功掺入BY-PZT压电陶瓷的钙钛矿结构中,La³⁺取代A位的Pb²⁺抑制了陶瓷的晶粒增长;随着x的增加,BY-PZT-xLa压电陶瓷的介电损耗因子和居里温度逐渐降低,但少量La₂O₃掺杂(x=0.1)可以大幅度提高体系的相对介电常数,并降低介电常数的温度系数;采用修正的居里—外斯定律研究了BY-PZT-xLa压电陶瓷在居里温度以上的介...     

基于Fe/Ni共掺杂CdS的电子结构和光学性质

利用第一性原理计算方法,研究Fe/Ni单（共）掺杂对CdS几何结构、电子结构和光学性质的影响. 结果表明,Fe/Ni单（共）掺杂使带隙发生窄化,（Fe,Ni）共掺杂使带隙中出现更多的杂质能级,这些杂质能级主要来自Fe 3d态、Ni 3d态和S 3p态电子相互间的杂化作用; （Fe,Ni）共掺杂远大于单掺杂CdS的光吸收强度,（Fe,Ni）共掺杂的协同作用可大幅度提高CdS对可见光的响应能力和光催化活性.     

P、Bi掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

针对纯的锐钛矿二氧化钛(TiO_2)禁带宽度较高,不能吸收大部分可见光的问题,采用基于密度泛函理论的第一性原理,计算了P、Bi掺杂锐钛矿相二氧化钛的态密度和光学性质。研究结果表明:纯锐钛矿相二氧化钛禁带宽度计算值为3.22 eV。P、Bi单掺或者共掺均会降低二氧化钛的禁带宽度,P、Bi共掺禁带宽度为1.83 eV,大大提高了锐钛矿相二氧化钛对可见光的吸收。     

Au掺杂锐钛矿TiO2的光吸收能力第一性原理计算

TiO_2作为光催化材料由于其带隙较大只能吸收380 nm以下的近紫外光,为了令锐钛矿TiO_2更广泛应用于光催化领域中,需要对锐钛矿进行改进来增强其光吸强度甚至增加其对可见光的吸收能力.采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,通过Au原子替换TiO_2的钛原子获得Ti_1-mAu_mO_2材料计算模型,使用Material studio8.0中的CASTEP模块对Au掺杂锐钛矿TiO_2进行第一性原理计算,讨论了Au掺杂对锐钛矿晶体能隙、态密度、光吸收京数等方面的影响.结果显示,Au掺杂可以使晶体的禁带宽度减小,并且使TiO_2的光吸收系数阈值发生红移,增强了光吸收的能力,在可见光区表现出一定程度的吸收.     

Zn掺杂TiO2对罗丹明B的降解研究

采用溶胶—凝胶法制备了不同浓度Zn掺杂以及纯TiO_2纳米材料,对其进行了450℃保温1 h的热处理.采用X射线衍射与荧光光谱对样品进行晶体结构以及光生电子空穴复合分析.结果表明:随着Zn掺杂浓度的增加,TiO2晶粒尺寸变小,平均晶粒尺寸在10~15 nm之间;少量浓度Zn掺杂会促进锐钛矿相向金红石相的转变.以罗丹明B的降解为目标反应物来分析Zn掺杂TiO2的光催化性能.结果表明:Zn掺杂后光催化性能低于纯TiO2,反应120 min后,纯TiO2对罗丹明B的降解率达到了98.0%,其反应速率常数k为0.030 min^-1.