MgAl_2O_4绝缘性的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理研究了存在本征空位和间隙缺陷的MgAl_2O_4体系。缺陷形成能的结果表明,O_(i4)和V_O分别在富氧(O-rich)和缺氧(O-poor)条件下的形成能最低,两者均在体系中引入深能级,无法增强MgAl_2O_4的导电性。电子结构的结果表明,O_(i4)在价带顶和导带底均引入能级,V_O在禁带中引入深能级,分别存在这两种本征缺陷的MgAl_2O_4依然保持良好的绝缘性。     

基于第一性原理计算方法的氮化铟量子点发光二极管电子结构和发光机制分析

阐述通过对氮化铟量子点发光二极管的能带结构、电子态密度和能带间隙等参数分析,揭示器件中电子和空穴的分布情况,以及发光行为的原理。氮化铟量子点发光二极管具有优良的发光性能。     

锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理平面波超软赝势方法计算了锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质,并从理论上分析了它们之间的关系.利用精确计算的能带结构和态密度分析了电子带间跃迁占主导地位的锐钛矿相TiO2的介电函数、复折射率、反射率和吸收系数,理论计算得到的结果与实验测量结果基本一致.结果表明锐钛矿相TiO2在E//c和E上c两个极化方向上具有明显的光学各向异性,为锐钛矿相TiO2的应用提供了理论依据.     

锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理平面波超软赝势方法计算了锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质,并从理论上分析了它们之间的关系.利用精确计算的能带结构和态密度分析了电子带间跃迁占主导地位的锐钛矿相TiO2的介电函数、复折射率、反射率和吸收系数,理论计算得到的结果与实验测量结果基本一致.结果表明锐钛矿相TiO2在E//c和E上c两个极化方向上具有明显的光学各向异性,为锐钛矿相TiO2的应用提供了理论依据.     

4H-SiC中点缺陷的第一性原理研究

基于密度泛函理论和第一性原理,对4H-SiC晶格中5种点缺陷(VC,VC-C,填隙B,替位B和替位P)的晶格常数、电荷布居、能带等微观电子结构进行了计算,并从缺陷形成能、杂质电离能和载流子浓度等角度分析了这些点缺陷对材料性能的影响.计算结果表明:在这些点缺陷中,C空位的形成能最低,仅为5.929 1 eV,属于比较容易形成的一类点缺陷.同时在能带图中可以看到填隙B的禁带中央附近出现了一条新能带,这条新能带的产生促使填隙B成为5种缺陷中禁带宽度最小的缺陷,有利于SiC半导体器件中载流子的输运.在3种杂质点缺陷中,替位P的电离能最小.掺杂杂质电离能越小,电离程度越深,产生的载流子浓度也越大,这一结论在载流子浓度的计算结果中也得到了验证.     

硅纳米管结构和电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,在广义梯度近似下,研究了(5,0)和(5,5)硅纳米管结构和电子性质。计算结果表明:(5,0)管硅原子相邻键长波动范围为0.068 nm,大于(5,5)管的0.006 nm;通过对(5,0)管的分波态密度进行分析发现,其3s电子和2p电子能量分布在-13～3 eV,但2p电子集中分布在能量较高的-6～3 eV,出现了明显的sp3轨道杂化。同时对(5,0)和(5,5)硅纳米管最高占据轨道和最低未占据轨道的能隙进行了分析,发现两种管导电性能与结构的手性相关,锯齿型(5,0)管能带交叠具有明显的金属性,而扶手型(5,5)管能隙为0.151 eV是半导体纳米管。     

点胶法制备量子点阵列的形貌控制与表征

为了提升量子点光学器件使用性能,本文提出采用点胶法制备量子点阵列并通过选择组分配比控制量子点胶点形貌。实验使用甲苯和UV胶混合制成量子点胶水溶液,研究了甲苯和UV胶在不同配比下制作的量子点胶点的形貌特征,实验证明当甲苯与UV胶配比合适时,点胶机打印阵列具有形貌良好、发光均匀、无咖啡环效应、打印精度高、阵列整齐等优点,随着组分配比中甲苯含量的增加,量子点胶点圆度、发光均匀性、一致性及排列整齐度均降低。因此通过改变组分配比,可有效控制及优化胶点形貌,提高量子点阵列的一致性与发光均匀性,对提高量子点器件的灵敏度及分辨率等具有重要意义。     

Tc-P共掺杂单层MoS2光电特性的第一性原理计算

采用第一性原理的赝势平面波方法,对比研究了未掺杂和掺杂过渡金属Tc、非金属P及Tc-P共掺杂的单层MoS2的电子结构和光学性质.计算结果表明:掺杂改变了费米面附近的电子结构,使得导带向低能方向偏移,并且带隙由K点转化为Γ点,形成Γ点的直接带隙半导体.掺杂P使带隙值变小,形成p型半导体;掺杂Tc使带隙变宽,形成n型半导体;Tc-P共掺杂,由于p型和n型半导体相互调制,使得单层MoS2转变为性能更优的本征半导体;掺杂使光跃迁强度减小,且向低能方向偏移.     

Ag掺杂ZnO的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法对Ag掺杂ZnO的几何结构、杂质形成能和电子结构进行了比较系统的研究.研究表明,掺Ag导致晶格膨胀;在ZnO晶格中,杂质Ag最可能以替代Zn位出现,此时将形成一个深受主能级.文中的计算结果与其他研究者的实验结果相吻合.     

Ag掺杂ZnO的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法对Ag掺杂ZnO的几何结构、杂质形成能和电子结构进行了比较系统的研究.研究表明,掺Ag导致晶格膨胀;在ZnO晶格中,杂质Ag最可能以替代Zn位出现,此时将形成一个深受主能级.文中的计算结果与其他研究者的实验结果相吻合.     

Morphology Engineering in Monolayer MoS2‐WS2 Lateral Heterostructures

In recent years, heterostructures formed in transition metal dichalcogenides (TMDs) have attracted significant attention due to their unique physical properties beyond the individual components. Atomically thin TMD heterostructures, such as MoS₂‐WS₂, MoS₂‐MoSe₂, MoS₂‐WSe₂, and WSe₂‐WS₂, are synthesized so far via chemical vapor deposition (CVD) method. Engineering the morphology of domains including size and shape, however, still remains challenging. Here, a one‐step CVD strategy on the morphology engineering of MoS₂ and WS₂ domains within the monolayer MoS₂‐WS₂ lateral heterostructures through controlling the weight ratio of precursors, MoO₃ and WO₃, as well as tuning the reaction temperature is reported. Not only can the size ratio in terms of area between WS₂ and MoS₂ domains be easily controlled from less than 1 to more than 20, but also the overall heterostructure size can be tuned from several to hundreds of micrometers. Intriguingly, the quantum well structure, a WS₂ stripe embedded in the MoS₂ matrix, is also observed in the as‐synthesized heterostructures, offering opportunities to study quantum confinement effects and quantum well applications. This approach paves the way for the large‐scale fabrication of MoS₂‐WS₂ lateral heterostructures with controllable domain morphology, and shall be readily extended to morphology engineering of other TMD heterostructures.     

基片和溅射参数对CuInSe2量子点的影响

用 Cu、In、Se三元扇形复合靶 ,采用射频磁控反应溅射技术 ,在低温 Indium Tin Oxide( ITO)透明导电基片上制备大面积均匀圆柱形 Cu In Se2 ( CIS)量子点。制备材料的化学计量比可通过三种单质的面积比率来调节。该制备方法具有成本低、操作简单、易于大型化等优点。平均量子点的大小可控制在 40到 80 nm之间 ,可通过改变溅射参数、ITO膜的晶相结构与表面形貌等因素来调节。     

纳米硅量子点的自然形成及其发光特性

用 Si H4 气体的减压 CVD法 ,在氧化硅以及石英基板上自然形成了高密度的 (～ 10 11cm-2 )纳米尺寸的半球状硅晶粒 (硅量子点 ) ,并且对其光学吸收和发光 (Photo- luminescence,PL)特性进行了评价。用表面热氧化了的硅量子点样品 ,在室温条件且在高于 1.2 e V以上的能量范围内观察到了 PL谱。随着量子点尺寸的减少 ,PL谱的光学吸收限移向高能方向。 PL谱的峰值能呈现大幅度的 (约 0 .9e V)斯塔克移动 ,并且 PL谱的强度几乎与温度无关 ,说明发光来自与局域能级相关联的发光和复合过程。     

GaN／AlN组织平顶金字塔量子点的应变场分布

利用有限元法，研究了GaN／AlN自组织量子点材料的应变场分布。量子点模型采用了实验观察到的六角平顶金字塔形状，材料的弹性常数考虑了晶体材料的Wurtzite结构特性。在晶格失配处理上，采用了三维各项异性伪热膨胀模型。将基于有限元法的计算结果与简化的基于格林函数理论的解析计算结果进行了比较，验证了模型和计算结论的正确性。最后，讨论了各向异性效应对层间量子点垂直对准的影响，指出量子点材料的各向异性效应可以忽略。本文采用的模型没有采用类似解析计算的假设条件，因此在计算精度和可靠性上，要优于格林函数法。     

GaN/AlN自组织平顶金字塔量子点的应变场分布

利用有限元法,研究了GaN/AlN自组织量子点材料的应变场分布。量子点模型采用了实验观察到的六角平顶金字塔形状,材料的弹性常数考虑了晶体材料的Wurtzite结构特性。在晶格失配处理上,采用了三维各项异性伪热膨胀模型。将基于有限元法的计算结果与简化的基于格林函数理论的解析计算结果进行了比较,验证了模型和计算结论的正确性。最后,讨论了各向异性效应对层间量子点垂直对准的影响,指出量子点材料的各向异性效应可以忽略。本文采用的模型没有采用类似解析计算的假设条件,因此在计算精度和可靠性上,要优于格林函数法。     

声子之间相互作用对半导体量子点中磁极化子性质的影响

研究了半导体量子点中磁极化子的性质.采用线性组合算符和微扰法,导出了半导体量子点中磁极化子的基态能量.在计及电子在反冲效应中发射和吸收不同波矢的声子之间相互作用时,讨论了对半导体量子点中磁极化子的基态能量的影响.通过数值计算表明,半导体量子点中磁极化子的基态能量随量子点的有效受限长度的减小而迅速增大,随磁场的增加而增加,对于弱磁场声子之间相互作用的影响不能忽略.     

声子之间相互作用对半导体量子点中磁极化子性质的影响

研究了半导体量子点中磁极化子的性质.采用线性组合算符和微扰法,导出了半导体量子点中磁极化子的基态能量.在计及电子在反冲效应中发射和吸收不同波矢的声子之间相互作用时,讨论了对半导体量子点中磁极化子的基态能量的影响.通过数值计算表明,半导体量子点中磁极化子的基态能量随量子点的有效受限长度的减小而迅速增大,随磁场的增加而增加,对于弱磁场声子之间相互作用的影响不能忽略.     

红外量子点及其光电探测器研究进展

红外技术为现代社会提供了包括遥感、成像、计量、产品检验、环境监测及生物医学诊断等诸多领域的应用价值.第三代红外光电探测器对易制造、低成本、可调节的红外光电材料的需求,推动了红外量子点的发展.本文阐述红外量子点的制备方法,概述了红外胶体量子点探测器研究发展历程,并列举了红外胶体量子点在光电领域的代表性研究成果.最后对红外量子点光电探测器研究进展进行了总结,提出了几个亟待解决的研究问题.为红外量子点探测器商业化提出了指导.     

量子结构激光器能量本征值计算及增益特性分析

将量子结构中的边界条件应用于薛定谔方程的求解,计算了量子结构中粒子的能量本征值及量子结构激光器的态密度和增益,比较了量子点、量子线、量子阱激光器的波长-增益特性,从能量本征值角度探讨了各种量子结构特性差异的根本原因,阐述了量子点激光器的实现问题,分析结果表明,量子点激光器具有高增益、高单色性的特点.     

基于图形衬底的InAs/GaAs量子点和量子环液滴外延

液滴外延生长半导体材料是一种较为新颖的MBE生长技术,而图形衬底对液滴外延的影响到目前为止并没有非常详细的研究结果. 作者在GaAs μm级别图形衬底上进行了InAs的液滴外延生长,并在不同结构的图形衬底上得到了不同的InAs量子点和量子环生长结果.基于生长结果,分析了图形衬底对液滴外延的影响和液滴外延下量子点和量子环的形成机制以及分布规律.