锐钛矿TiO2(101)面电子性质和光学性质的第一性原理研究

The TiO₂（101） surface was studied using the plane-wave ultrasoft pseudopotential method based on the density functional theory,with emphasis on the structure,surface energy,band structure,density of states, and charge population.The anatase TiO₂（101） crystal surface structure,whose outermost and second layers were terminated by twofold coordinated oxygen atoms and fivefold coordinated titanium atoms,was found to be much more stable.The surface energy of the 18-layer atoms model was 0.580 J/m2.The surface electronic structure was similar to that of the bulk and no surface state.Compared with the bulk structure,the band gap increased 0.36 eV, the Ti5c-02c bond lengths reduced 0.171（?） after relaxation,and the charges of the surface were transferred to the body.Analysis of the optical properties of the TiO₂（101） surface showed that it did not absorb in the low-energy region.An absorption edge in the ultraviolet region corresponding to the energy of 3.06 eV was found.     

碳纳米管超晶格结构能隙的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的CASTEP模块研究了B/N共掺(5,5)碳纳米管环超晶格的电子结构。形成能计算结果为负值表明,B/N原子对共掺碳纳米管环具有稳定存在的可能性。能带结构和态密度结果表明,B/N原子对的掺入使得(5,5)金属型碳纳米管能隙打开,导电性质向半导体转变。当管径在合理的变化范围内,纯碳纳米管的能隙宽度强烈敏感于管径的变化,而B/N共掺碳纳米管环结构的能隙值随管径的变化较小,这就降低了碳纳米管电子器件的制备要求。对新型结构施加变形作用,压缩变形使得B/N共掺碳纳米管环的能带宽度增大,这相当于提高了碳纳米管的掺杂体积浓度;拉伸变形作用下所得结论恰恰相反。实现控制碳纳米管超晶格结构的导电性能,对纳米管电子器件的应用具有重要意义。     

N 和 Fe 共掺杂对TiO2电子结构和光学性质影响的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了N 和 Fe共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构和光学特性。计算结果表明,不同位置N 和 Fe共掺杂影响共掺TiO2的稳定性。通过态密度讨论了掺杂TiO2带隙变窄的机理。 不同位置N 和 Fe共掺杂影响了可见光吸收。N 和 Fe共掺杂的协同效应导致了可见光吸收的增强。因此,N 和 Fe共掺杂也许增强TiO2在可见光区的光催化能力。     

Sb掺杂SrTiO3电子结构的第一性原理计算

计算了Sb掺杂SrTi1-xSbxO3(x=0,0.125,0.25,0.33)体系电子结构,分析了掺杂对SrTiO3晶体的结构、能带、态密度、分波态密度的影响.所有计算都是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.计算结果表明:体系的导电性与掺杂浓度有关,Sb掺杂在母体化合物SrTiO3中引入了大量的传导电子,费米能级进入导带.当Sb掺杂浓度x=0.125时,体系显示金属型导电性.同时,光学带隙展宽,且向低能方向漂移,可作为优良的透明导电薄膜材料.     

密度泛函理论研究β,P61, P62和δ-Si3N4 Si3N4材料在极端条件下的电子结构和相变规律

本文主要采用密度泛函理论框架下的赝势平面波方法结合超软赝势计算研究氮化硅半导体材料（新发现的结构: P61和P62相）的晶胞结构、电子结构和弹性性质。计算得到的点阵常数与实验值和前人的理论值符合的相当好。该半导体材料中最强的化学键是N-Si键,N-Si键主要以共价键形式出现,同时含有微弱的离子键特征。研究还发现P61相比P62相更稳定,这是由于P61相中的N-Si键的键长较短,因此共价键更强。接着,本文通过准谐近似方法计算研究了氮化硅半导体的相变规律。在计算过程中考虑了晶格振动、声子效应和非谐效应对体系性质的影响。本文研究发现 β→P61 相变很可能在42.9GPa压强和300K温度下被观测到。另外,以前的实验研究没有观测到 β→P61→δ相变的原因在本文中也进行了讨论。     

用第一性原理研究Sn掺杂 Ga1.375In0.625O3的电子结构和导电性

用第一性原理计算了Sn 替位Ga1.375In0.625O3化合物的Ga 原子(Ga1.25In0.625Sn0.125O3)和Sn 替位Ga1.375In0.625O3化合物的In原子(Ga1.375In0.5Sn0.125O3)的结构、电子能带和态密度。Ga1.25In0.625Sn0.125O3半导体材料比Ga1.375In0.5Sn0.125O3材料具有大的晶格参数和强的Sn–O离子键。在Sn掺杂 Ga1.375In0.625O3化合物中,Sn 原子优先取代In 原子。Sn掺杂 Ga1.375In0.625O3化合物显示n型导电性, 杂质能带主要由Sn 5s 态组成。Ga1.375In0.5Sn0.125O3化合物的光学带隙大于Ga1.25In0.625Sn0.125O3化合物的光学带隙。 Ga1.25In0.625Sn0.125O3 具有小的电子有效质量和大的电子迁移率,Ga1.375In0.5Sn0.125O3 具有多的相对电子数和好的导电性。     

氮掺杂浓度对氮掺杂PbTiO3电子结构和光学性能的影响

用第一性原理计算研究了不同N掺杂浓度的P型N掺杂PbTiO3的电荷密度差分、能带结构、态密度和光学性质。用N原子取代PbTiO3中的O原子后,PbTiO3的价带向高能级发生移动,费米能级进入价带顶部。随着N掺杂浓度的增加,能带带隙值变窄,结构稳定性变差。掺杂浓度2.5 at%时,N掺杂PbTiO3显示最好的P型导电性和最强的可见光吸收。N掺杂PbTiO3在半导体光电器件和光催化领域具有重要的应用价值。     

铁链镶嵌锯齿形氮化硼纳米带半金属铁磁性的第一性原理研究

基于第一性原理,研究了铁链单侧边界钝化型的锯齿形氮化硼纳米带（简称为Fe-terminated ZBNNRs）和铁链连接型的锯齿形氮化硼纳米带（简称为Fe-jointed ZBNNRs）的电子结构及磁性。Fe-terminated ZBNNRs 对于不同带宽的BN纳米带都是半导体型的,而Fe-jointed ZBNNRs 对于不同带宽的BN纳米带则为半金属型。这两种 结构各自的磁性主要都是来自于所掺杂的铁原子。Fe-jointed ZBNNRs 的半金属性源自Fe原子的3d轨道与N原子的2p轨道间的强耦合作用。通过分子动力学模拟,证实了该 结构在常温下可以稳定存在。Fe-jointed-ZBNNRs 对于两种不同自旋方向电子的选择过滤作用可以被应用于自旋电子学器件的设计。其它各种不同的过渡金属所形成的连接型的锯齿形氮化硼纳米带（简称为M-jointed ZBNNRs）既可以是金属型的、半金属型的,也可以是半导体型的。     

退火温度对WO3薄膜结构及气敏性能的影响

采用直流磁控溅射法制备了WO3薄膜,并在350~550℃时对薄膜进行退火处理,研究了退火温度对薄膜结构及气敏性能的影响。结果表明:退火前及350℃退火后的薄膜为非晶态,450℃和550℃退火后的薄膜为WO3–x型晶态;随退火温度的提高,薄膜厚度增加,晶粒度增大。550℃退火后薄膜的厚度,较450℃退火后薄膜厚30nm,晶粒度相差8nm;450℃和550℃退火后的薄膜,在150℃时对体积分数为0.05%的NO2的灵敏度接近于22。     

WO3/NiWO4复合薄膜的制备及其光电化学性能

采用两步水热法在导电玻璃(FTO)上制备了WO₃/NiWO₄复合薄膜。通过XRD,SEM表征了WO₃/NiWO₄复合薄膜的组成结构及微观形貌,利用UV-Vis、光电流测试、光电催化测试和交流阻抗测试分析了WO₃/NiWO₄复合薄膜的光电性能。结果表明:WO₃/NiWO₄复合薄膜相较于WO₃薄膜具有更好的光吸收特性、光电流密度和光电催化活性,其中水热反应3h的WO₃/NiWO₄复合薄膜的光电化学性能最佳。WO₃/NiWO₄-3h在1.4V(vs.Ag/AgCl)时的光电流密度为1.94mA/cm²,光电催化210min对亚甲基蓝溶液的降解效率为57.1%。交流阻抗图谱表明WO₃/NiWO₄薄膜的电荷转移电阻小于WO₃薄膜,光电化学性能更优。     

WO3/SnO2复合薄膜的制备及光电性能

采用水热法和电化学沉积法,成功制备了包覆有SnO₂纳米颗粒的WO₃纳米棒阵列薄膜,退火处理后形成WO₃/SnO₂异质结复合薄膜。通过改变SnO₂的沉积时间得到了复合薄膜的最佳制备条件。采用XRD,FESEM对WO₃/SnO₂复合薄膜的物相和形貌进行了分析,通过电化学工作站对WO₃/SnO₂复合薄膜的光电性能进行了研究,结果表明,电沉积时间为120 s时,WO₃/SnO₂复合薄膜具有最小的阻抗,且在0.6 V的偏压下光电流密度为0.46 mA/cm²,相比于单一WO₃纳米棒薄膜,表现出更好的光电化学性能。     

Hf掺杂锐钛矿TiO2电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对Hf掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构进行了第一性原理研究。对通过对能带和电子态密度的分析,发现在Hf掺杂后,导带底和价带顶同时降低,但是由于价带顶下降的比导带底多,从而使得锐钛矿型TiO2的禁带宽度变窄。     

基于插入WO3缓冲层并五苯有机场效应晶体管性能的研究

The pentacene-based organic field effect transistor （OFET） with a thin transition metal oxide （WO3） layer between pentacene and metal （AI） source/drain electrodes was fabricated. Compared with conventional OFET with only metal AI source/drain electrodes, the introduction of the WO3 buffer layer leads to the device performance enhancement. The effective field-effect mobility and threshold voltage are improved to 1.90 em2/（V.s） and 13 V, respectively. The performance improvements are attributed to the decrease of the interface energy barrier and the contact resistance. The results indicate that it is an effective approach to improve the OFET performance by using a WO3 buffer layer.     

暴露(002)晶面的WO3纳米片薄膜的光电催化性能

采用一步水热法,以钨酸钠(Na2WO4·2H2O)为原料,草酸(H2C2O4)为结构导向剂,在FTO衬底上制备了具有高活性(002)面的WO3纳米片薄膜.利用XRD,FESEM对薄膜的物相和形貌进行了分析,通过UV-Vis,PL对薄膜的能带结构和载流子的分离能力进行了表征,通过电化学工作站对WO3薄膜的光电性能进行了研究.分析了草酸用量对WO3 纳米片薄膜的晶体取向、形貌尺寸和光电催化性能的影响.结果表明:草酸用量为0.30 g时,WO3纳米片薄膜的(002)面衍射峰强度最高,具有良好的光电催化性能.     

The electronic structures and optical properties of BaTiO3 and SrTiO3 using first-principles calculations

The electronic-energy band structures and total density of states (TDOS) for bulk BaTiO₃ and SrTiO₃ were calculated by the first-principles calculations using density-functional theory and local-density approximation. The calculated band structure of BaTiO₃ and SrTiO₃ show the energy band gaps of 1.81 and 1.92 eV at the Γ point in the Brillouin zone, respectively. The optical properties of the both perovskites in the core-level spectra are investigated by the first principles under scissor approximation. The optical constants like refractive index and extinction coefficient of both BaTiO₃ and SrTiO₃ were derived from the calculated real and imaginary parts of the dielectric function. The calculated spectra were compared with the experimental results for BaTiO₃, SrTiO₃ in good agreement.     

Growth and structure of wide-gap insulator films on SrTiO3

Wide-gap insulator films, CaZrO₃, CaHfO₃, LaGaO₃, and NdGaO₃, were grown on SrTiO₃(1 0 0) substrates with the aim of obtaining a gate insulator for epitaxial oxide devices. We show that CaZrO₃ and CaHfO₃ films were epitaxial and had a multi-domain in-plane structure due to their highly distorted perovskite structure. Most of the LaGaO₃ and NdGaO₃ films were polycrystalline, and therefore showed relatively high leak currents. CaHfO₃ had the best crystallinity among these four materials.     

氧化钨薄膜对发光二极管特性的影响研究

氧化钨薄膜具有适中的光学带隙、折射率及高功函数等半导体特性,本文采用溅射法(Sput-tering)制备氧化钨薄膜测试其光电特性,使用AFM、XRD观察薄膜外观结构与晶体状态,应用XPS、UPS表征薄膜的化学计量组分及薄膜功函数,并将此薄膜应用于AlGaInP发光二极管器件中,以增加与p-GaP欧姆接触特性,增加载流子...