一、LCAO法计算金刚石和锗的能带(论文文献综述)
李淑甲[1](2021)在《高压下材料的超导电性、电荷密度波与形貌依赖的电输运行为的演化》文中研究指明压力可以调节原子间距,加强相邻电子轨道的耦合程度,从而诱导材料的电子自旋状态、电子相互作用、电荷密度分布、能带结构等发生改变,这些微观电子结构的变化都可以通过材料宏观的电输运行为呈现出来。通过施加外部压力,诱导材料的晶体结构和电子结构发生奇异变化和新物象产生,可以极大地拓宽材料研究的维度,对于解决凝聚态物理中一些重要的问题,如对超导电性、拓扑结构、电荷和磁有序等现象的理解也有着十分重要的意义。本论文着眼于压力对材料超导电性、电荷分布和形貌依赖的导电性等几种与电输运有关的特殊性质的影响,基于金刚石对顶砧高压实验装置,利用高压X射线衍射、拉曼散射、电输运测量、电镜等探测技术,对几种代表性材料的高压下电输运和结构的演化行为进行研究,获得了一系列创新研究结果:1、研究了自旋阶梯型铁基化合物Ta Fe1+yTe3在高压下超导性和自旋的演化。在压力作用下,Ta Fe1+yTe3在~3GPa时经历了由反铁磁到铁磁序的自旋翻转,相变时强烈的自旋涨落诱导产生了超导相。铁磁序和超导电性共存至10GPa,之后长程磁有序消失,超导明显增强(Tsc升高),在26GPa出现最大超导转变温度Tsc=6.1K。高压结构研究表明,在Ta Fe1+yTe3中高压在不引起结构变化的情况下能独立调节材料的自旋结构和超导态,材料的磁有序态和超导态之间展现出既共存又相互竞争的复杂关系。我们的发现为理解铁基阶梯化合物中超导、磁性、晶体结构相互作用提供了新的实验依据。2、研究了层状电荷密度波材料1T”-Nb Te2在高压下电荷密度波和结构的演化。通过高压电输运、拉曼光谱、X射线衍射的原位检测,发现材料在20GPa左右出现了电荷密度波的崩溃,导致电子相互作用变弱和材料的能带拓扑结构发生了变化。电荷密度波的崩溃还伴随着晶体结构的变化,层内金属原子的聚合状态由三聚态变成了二聚态,不同于在其他过渡金属硫化物中观察到的压力对层间结构的调制,1T”-Nb Te2中压力是实现了对层内结构的调制,这是此类材料中新的结构相变机制。我们的研究有利于加深压力对二维材料中电荷密度波的调制以及电荷密度波与晶体结构之间的耦合作用的理解。3、对亚微米尺寸的催化材料Cu2O高压下相貌依赖电学性质和力学性质进行了研究。立方体、截角八面体和八面体Cu2O的电学性能表现出不同的压力依赖性,这是由于氧在Cu2O不同晶面上的选择吸附性和压力对材料表面/界面状态的调制共同作用导致的。在0.7-2.2、8.5、10.3和21.6GPa时电阻率的异常变化由压力诱导的结构相变造成。压致纳米化导致在15GPa时立方体和八面体样品,以及20GPa时截角八面体样品电阻率的急剧下降。截角八面体的力学性能优于立方体和八面体,这也为Cu2O在相关条件下的实际应用提供了依据。
苑昆鹏[2](2021)在《超高压力条件热电材料热电输运特性的理论研究》文中研究说明热电材料能够通过电子、声子的输运和相互作用实现发电和制冷的功能,是重要的能量转换材料和清洁能源技术的代表。热电材料性能的优劣可以用一个无量纲参数热电优值衡量。优异的热电材料应该同时具备较高的塞贝克系数、电导率以及较低的热导率,但是这三个参数之间的强烈耦合作用给热电材料的设计带来了巨大挑战。压力作为一种调制材料物理化学性质的有效手段,能够实现热、电输运参数的解耦,协同优化功率因子和热导率,提升热电性能。本论文围绕热电输运特性的压力调控,利用第一性原理结合声子、电子玻尔兹曼输运方程分别研究了典型宽带隙半导体氧化锌、氮化镓和氮化铝以及窄带隙半导体硒化锗在高压力条件下热电输运过程中电子、声子的相互作用和散射机理,获得了热电输运特性与结构的关系及其受压力影响的规律。在对宽带隙半导体氧化锌、氮化镓和氮化铝晶格热导率的压力依存性研究中发现,在增大的声子群速度和缩短的声子驰豫时间两者之间相互竞争的作用下,纤锌矿结构氧化锌和氮化镓的晶格热导率随着压力的升高先增大后减小,表现出非单调的压力依存性。当氧化锌、氮化镓和氮化铝在压力的驱动下由纤锌矿结构向岩盐矿结构转变后,声子非简谐性增强导致驰豫时间缩短,晶格热导率大幅度下降,相变压力点附近岩盐矿结构氧化锌、氮化镓和氮化铝的晶格热导率分别下降到其常压纤锌矿结构晶格热导率的27%、9%和 34%。针对实验上正交结构硒化锗的热电性能受低空穴浓度限制的问题,提出通过施加外压力提高硒化锗热电性能的思路。计算结果表明,正交结构硒化锗晶格热导率的压力依存性与晶体取向有关。高压下声子带隙闭合,导致声子散射通道增多,声子驰豫时间缩短。8 GPa下,受增大的声子群速度影响,面内扶手椅型和面外方向的晶格热导率比常压下的更高,而面内锯齿型方向上的晶格热导率则在声子驰豫时间的主导下低于常压下该方向的晶格热导率。高压下,尽管塞贝克系数减小,但是电导率因为间接带隙和能带有效质量的减小得到了大幅度的提升。在8 GPa、700 K以及实验最大空穴浓度(~1.0× 1018 cm-3)条件下,面外方向、面内锯齿型和面内扶手椅型方向的热电优值分别达到1.54、1.09和1.01,相比0 GPa的结果分别提高了 14倍、7.3倍和1.9倍。在揭示高压菱方结构硒化锗优良热电性能的微观机理方面,研究发现结构中形成的共振键不仅增强了声子非简谐性,而且其诱发的电子极化也导致了原子间的长程相互作用,使得菱方结构硒化锗具有较低的本征晶格热导率。对于p型掺杂,800 K时面内和面外方向的最大热电优值分别为1.09和1.78。对于n型掺杂,面外方向具有最大的功率因子和最小的热导率,实现了热输运参数和电输运参数的解耦,800 K时面内和面外方向的最大热电优值分别为0.73和1.56。分析能带结构发现,价带在靠近费米能级附近有多个能量极值点,且极值点之间的能量差较小,增大了电子态密度,有利于获得更高的塞贝克系数。在导带底以上0.45 eV能量范围内只有L点处形成的电子能谷,限制了电子-声子散射通道,有利于获得更高的电导率。此外,导带主要由锗原子和硒原子的4p轨道构成,在面外方向形成了导电通道,有利于n型掺杂电子在面外方向传输,从而实现热输运和电输运的解耦。
刘长东[3](2021)在《二维材料电、热输运性质中电声子相互作用的第一性原理计算研究》文中认为近年来,二维材料由于卓越的电学、光学、热学等性能,被广泛应用于电子器件、新能源、环境保护、生物医疗等多个重要领域。为此,从理论上了解它们独特性质背后的物理规律对材料的理解、性能的改进都起着举足轻重的作用。本论文主要基于密度泛函理论并结合玻尔兹曼输运方程,采用了超越了形变势模型的最大化局域瓦尼尔函数插值的方法,对二维材料的电声子相互作用以及电、热输运性质进行第一性原理计算研究。通过计算和分析,我们尝试探索其内在的物理规律,为二维功能材料的实验设计和性能改善提供理论指导。第一部分的工作主要关注于二维材料的电输运性质。首先研究了不同石墨炔的电子迁移率。由于石墨炔具有类似石墨烯的狄拉克锥结构而表现出非常优异的电子输运性质。根据预测发现,在中低载流子浓度下其室温电子迁移率超过了103cm2/V·s,而且由炔键限制的电子群速度,以及由E2g声子模式限制的电子弛豫时间是影响不同狄拉克材料电子迁移率大小的重要原因。接下来,进一步考察了二维极性半导体Ⅲ-Ⅵ族化合物In X(X=S、Se、Te)的Fr(?)hlich相互作用及本征载流子迁移率。通过计算表明,In Te可能是一种潜在的高迁移率电子材料,并揭示了具有单谷散射的弱极性二维材料倾向于具有更高的迁移率的物理规律。我们的研究成果为寻找高迁移率二维半导体材料提供了思路。第二部分的工作则是在三声子散射的基础之上研究电声子相互作用对二维材料热输运性质的影响。首先以单层MoS2和Pt SSe为例,研究了掺杂二维半导体材料的晶格热导率。研究表明,电声相互作用对于重掺杂体系的晶格热导率有非常显着的影响。掺杂载流子浓度越高,晶格热导率越低,并通过拟合发现晶格热导率表现出偏离-1的温度依赖关系,这对二维重掺杂材料热输运性质的准确预测和实验上晶格热导率的解释等方面具有启发意义。接下来,在考虑电声散射对声子寿命影响的基础之上,继续研究了对单层InSe声子频率的重整化。研究表明,当空穴掺杂浓度为-0.01 e/u.c.(~7.1×10 12cm-2)时,声子软化效应使单层InSe的晶格热导率降低了27%,进一步考虑电声散射对声子寿命的限制后降幅共为32%。而且,随着空穴掺杂浓度的提高,软化效应对晶格热导率的抑制作用愈加显着,其结果为降低二维材料晶格热导率提供了新视角。
李子鹤[4](2021)在《压缩玻璃碳和富碳氮化碳的结构设计与性能研究》文中研究说明本论文对碳氮体系中可能存在的新型功能材料进行实验合成和理论结构设计两方面的研究。实验方面,采用高温高压实验技术合成了一种sp2-sp3杂化的非晶碳,即压缩玻璃碳,并研究了其在微纳尺度的力学行为,并观察到了不同的变形模式;通过调控温压条件合成了一种新型压缩玻璃碳/纳米晶金刚石复合材料,并对其物理性能进行测试和分析;理论预测方面,采用基于第一性原理的结构搜索软件CALYPSO以及原子替换的形式,预测并构建新型富碳氮化碳结构和笼形碳结构,并计算了其可能具有的电子性质和机械性能。以玻璃碳为原料,在高压(25 GPa)和高温(800℃)的条件下合成了压缩玻璃碳材料,并通过非原位单轴压缩实验,研究了压缩玻璃碳在微纳尺度的力学性能和变形行为。通过对不同尺寸的压缩玻璃碳微纳米柱压缩强度和变形行为的统计,可以发现压缩玻璃碳微纳米柱具有极高的压缩强度,且强度随着尺寸减小而增大。直径614 nm为变形模式改变的临界尺寸,直径高于该临界尺寸的微纳米柱表现为脆性破碎,而直径小于该临界尺寸的纳米柱则表现为塑性变形。此外,直径小于614 nm的纳米柱具有超高的能量吸收密度,比许多块状或纳米级结构材料高1-3个数量级。以玻璃碳为原料,通过调控合成压缩玻璃碳的工艺条件,在相同压力(25 GPa)更高温度(1050-1150℃)的条件下合成了一类高强、高硬且具有优秀弹性回复率和电导率的新型压缩玻璃碳/纳米晶金刚石复合材料。这种压缩玻璃碳/纳米晶金刚石复合材料的微观结构是纳米晶金刚石弥散分布在无序的压缩玻璃碳基体中,两者以共格或者半共格界面的形式结合。其性能明显优于目前常用导电陶瓷材料,有潜力应用于静电消散领域,例如制作成无静电的轴承、防静电的基板和组件等。预测了三类富碳氮化碳结构。第一类为化学计量比为5:1的C5N的高压相结构,硬度计算结果表明除了I41-C5N外,其他的氮化碳结构均为潜在的超硬材料。电子能带结构计算发现除I41-C5N表现出金属性外,其他五种C5N结构均为半导体;第二类是类五角金刚石结构的氮化碳,即C10N和C19N3,电子能带结构计算表明这两种氮化碳结构为金属性的,它们的金属性是由于富电子的N原子部分取代了C原子,使费米能级上升并穿越导带而形成的。此外,分波态密度和电子轨道计算结果表明C10N是各向同性三维导电的,而C19N3主要沿平面导电;第三类由笼形结构搭建而成,通过模拟这几个结构的X射线衍射谱(XRD)发现它们可能存在于冲击压缩炭黑和四氰乙烯混合物的产物中。以实验材料为前驱体的形成焓计算表明,这些氮化碳结构比以前用来解释该未知相的碳结构更易于合成。硬度计算结果表明它们均为潜在的超硬材料。能带结构计算结果表明,只有sc-C4N为金属性,其他三种C17N4结构均为直接或准直接带隙的宽带隙半导体,具有高效率的光吸收和发射的能力,从而展示出其作为紫外发光器件的应用潜力。预测了一种新型笼形结构C60笼型碳,这种结构通过小型的C24笼和扁平的C18鼓共面连接构成,所有原子都以sp3杂化方式成键。该笼型碳结构为已知的密度最高的笼型碳结构,并且具有极高的硬度、拉伸和剪切强度。能带结构计算表明,该结构是一个在全sp3杂化碳中少见的直接带隙半导体,在光伏器件中具有潜在的应用前景。此外,多面体中较大的空隙可以容纳其他金属原子,可以尝试通过填充不同的原子来调控其导电性。
李晨光[5](2021)在《锗系合金半导体薄膜及光电探测器件研究》文中提出光电探测器是一种利用光电或光热效应将光能与电能相互转换的器件,被广泛应用于军用和民用领域。在过去的几十年里,Ⅳ族Si、Ge等材料在高速光通信、光电子集成等方面应用较广,且其具有成本低、易集成、工艺成熟等特点一直被研究者认为是红外探测器的优选材料,但Si、Ge属于间接带隙半导体,电子的跃迁需要额外声子参与,这就在一定程度上降低了光电器件的性能,使得其制成的光电探测器件的截止波长低于1.5μm。研究发现,Sn、Bi材料的掺入能调节Ge的带隙,将Ge从间接带隙变为直接带隙,从而使得Ge系薄膜有望能应用在中红外光电探测的研究中。本论文主要研究了两大锗系合金半导体薄膜即GeSn和GeBi薄膜,以及在薄膜基础上制备的光电探测器件。GeSn材料及其制备的光电探测器件已有初步的报道,经过前期的摸索和尝试,课题组利用已有的分子束外延设备可以制备较好的GeSn薄膜。而在GeBi材料的研究时,我们发现,Bi除了对Ge的带隙有影响外,对其性质也有一定的影响,如:可以将其自身改性为N型半导体材料。因此,本论文基于GeSn和GeBi材料,首先对薄膜进行了进一步的研究和优化,而后在此基础上制备PIN结构的光电探测器,全文主要工作和研究成果如下:(1)首先利用分子束外延技术制备高质量的GeSn和GeBi单晶薄膜,GeSn薄膜的Sn含量范围在6.46%~15.25%,最优表面粗糙度达1.253 nm,载流子浓度在1013cm-3~1016 cm-3之间,最大载流子迁移率为1880.56 cm2/V·s;GeBi薄膜Bi含量在3.76%~19.43%,最优表面粗糙度为1.639 nm,载流子浓度约为1015cm-3,最大载流子迁移率为1110.09 cm2/V·s。(2)制备了Si基PIN结构的光电探测器,以GeSn薄膜为本征层,以掺杂了硼的GeSn薄膜作为P型层,以GeBi薄膜作为N型层,调整优化制备工艺,确定了光刻、刻蚀等参数,图形化之后的薄膜利用磁控溅射进行电极的生长,并利用探针台进行I-V曲线等测试。(3)研究了硼掺杂时间、本征层厚度和Bi含量对制备的PIN结构的光电探测器的性能影响,对器件的暗电流和光电流做了详细的表征,并进行了结果分析。I-V曲线显示PN结对红外光有明显响应,将光源进行周期性开关,On-Off曲线显示器件光暗电流切换稳定,响应速度快,1 V正向偏压下暗电流强度范围在4.24×10-6 A~1.25×10-4 A,光暗电流比在80~385之间。
刘强[6](2021)在《Al掺杂对GaSb和GaInSb晶体结构和性能的影响》文中进行了进一步梳理GaInSb和GaAlSb晶体作为典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料,凭借其特有的电子迁移率高、带隙窄等优点,被广泛地应用于红外探测、激光雷达、光伏发电、集成电路、导航追踪等科技前沿领域。但由于GaInSb晶体中In元素存在较大的组分偏析,且制备的晶体中存在较多位错及微裂纹等缺陷,GaInSb晶体的结构和性能一直没有得到明显地提高。而对于GaAlSb晶体,大多都是通过外延生长技术来制备薄膜类的晶体材料。外延生长技术对于薄层厚度有一定的临界尺寸要求,对于大尺寸的晶体制备及工业化生产也存在一定的局限性。而且外延层、缓冲层以及衬底间的热膨胀系数和化学稳定性是否匹配、衬底材料制备的难易程度及成本的高低等因素都严重制约着GaAlSb晶体的发展和应用。本文采用垂直布里奇曼法生长了GaSb晶体、GaAlSb晶体以及GaInSb:Al晶体,研究了一定量的Al元素掺杂对GaSb晶体、GaAlSb晶体以及GaInSb:Al晶体结构和性能的影响。使用X射线衍射仪(XRD)、能量色散光谱仪(EDS)、金相显微镜、霍尔效应测试仪、傅立叶变换红外光谱仪对晶体的结构和性能进行测试与表征。本论文主要得到以下结论:(1)采用垂直布里奇曼法生长了尺寸为Φ25 mm×100 mm的GaSb晶体、Ga1-xAlxSb晶体、Ga0.86In0.14Sb晶体及掺杂Al元素的Ga0.86In0.14Sb:Al晶体。(2)本实验所制备GaAlSb晶体中Al组分的偏析很低,径向偏析最低可达0.065 mol%/mm,轴向偏析最低可达0.008 mol%/mm。(3)本实验所制备GaInSb晶体中In组分的偏析很低,铟组分的径向偏析最低可达0.045 mol%/mm,轴向偏析最低可达0.052 mol%/mm。(4)在一定的掺杂范围内,伴随Al元素含量的增加,晶锭的位错密度得到明显的改善,GaAlSb晶体位错密度从3.634×103cm-2降低到1.256×103 cm-2;Ga0.86In0.14Sb:Al晶体的位错密度从3.431×104 cm-2降低到2.461×103 cm-2。(5)Al作为Ga的等电子掺杂,使得以空穴为主要载流子的p型GaSb晶体变成以电子为主要载流子的n型GaAlSb晶体,增加以电子为主要载流子的浓度,电子迁移率提高到2.140×103 cm2/(V·s),电阻率降低到1.416×10-3Ω·cm。(6)Al作为Ga和In的等电子掺杂,不仅增加了以电子为主要载流子的数量,而且还增加了各组分间的流动性,GaInSb晶体的电子迁移率提高到1.982×103cm2/(V·s),电阻率降低到1.261×10-3Ω·cm。
冯幸[7](2020)在《二维势垒位错滑移模型的建立及材料强度计算》文中提出结构材料是以力学性能为基础,具有一定承载能力的材料。随着科学技术高速发展,结构材料的服役环境将会越来越复杂。为了保证工程构件的安全,必须要求材料具有足够的强度。由于材料的强度与其组份和微观结构密切相关,所以理解和建立材料强度与其微观结构的关联,就成为材料科学领域的一个重要的研究课题。对于金属材料,其强度模型的研究经历了理论强度模型、派-纳模型到Seeger模型的发展。1926年,Frenkel提出的理论强度模型,由于采用原子刚性滑移模型,其计算结果和实验相差几个数量级。1947年,Nabarro修正了Peierls提出的位错激活应力的计算方法,建立了派-纳模型,但由于其采用的是位错滑移的一维势垒,所以仅对电子局域性低的金属材料有效。1956年,Seeger模型的建立,虽然考虑了热激活效应,但由于仍然采用一维的派-纳势垒,所以该模型也具有非常大得局限性。因此,目前对于金属材料的强度,还很难进行定量精确地预测。对于共价材料,其硬度一般是通过价键理论进行研究。2003年,Gao等人认为成键密度和键长等是共价晶体硬度的决定性因素。2006年,?im?nek等人引入键强的概念,提出了一种新的适用于共价晶体和离子晶体的硬度理论计算模型。2008年,Li等人引入电负性的概念建立了共价晶体的努氏硬度模型。然而,因为金刚石中的sp3杂化的C-C键是最强的三维网络的化学键。所以,根据这些硬度模型自然可以得出一个结论:金刚石是世界上最硬的材料。但是最近合成的纳米孪晶金刚石的硬度超过了单晶金刚石两倍。显然,仅用价键理论不能解释纳米孪晶金刚石超高硬度的来源。因此,需要更深刻的理论来研究共价材料的硬度及其机理。可以看出,对于金属材料,其强度通常是用位错理论来研究,但没有考虑化学键的方向性和强度对位错滑移的影响。对于共价材料,从硬度测量过程中发生的塑性变形可以推断出共价材料的硬度也是由位错运动来主导。实际上,位错在滑移过程中,是存在弯曲和扭折的,这些弯曲和扭折与化学键的方向性和强度有很强的关联。所以,如果把位错滑移的势能面考虑成一个二维势垒,那么化学键的方向性和强度对位错滑移的影响就可以包含到位错滑移的动力学方程中来。为了更深入地研究材料的强度,本文将传统位错理论和价键理论相结合,建立了对金属材料和共价材料都适合的二维势垒位错滑移模型,并且建立了相应的位错滑移动力学方程。通过对位错动力学方程的求解,可以计算出位错滑移的临界分切应力,进而通过多晶Sachs模型,获得材料的屈服强度和硬度。为了研究该模型的合理性、有效性和适用范围,本文对一些典型共价晶体、离子晶体和金属晶体材料的强度进行了研究。具体研究内容如下:(1)二维势垒位错滑移模型的提出和建立。结合位错理论和价键理论,提出了位错滑移的二维势垒。考虑外力和热激活对位错滑移的影响,构建了位错滑移的四种模式:硬扭折对模式、混合扭折对模式、软扭折对模式和弦模式。根据位错滑移过程中引起的体系能量地变化,分别构建了位错滑移的四种模式所对应的位错动力学方程。通过对该方程的求解,得到不同温度和应力状态下的位错的激活能和临界分切应力。进而结合Sachs模型和Tabor定律,得到材料的屈服强度和硬度的计算方法。(2)基于二维势垒位错滑移模型的共价晶体的硬度。基于二维势垒位错滑移模型,计算了典型闪锌矿型共价材料的硬度,并且研究了影响闪锌矿型共价材料硬度的因素。然后使用二维势垒位错滑移模型预测了纤锌矿型金刚石和纤锌矿型氮化硼的硬度。(3)基于二维势垒位错滑移模型的离子晶体中的硬度。将二维势垒位错滑移模型应用到离子晶体Na Cl和地幔矿物?-Mg2Si O4中,计算得到了Na Cl晶体和地幔矿物?-Mg2Si O4的硬度与实验值一致。并且根据Sachs模型分析了不同温度下Na Cl和?-Mg2Si O4中激活的滑移系类型并与实验观测结果进行了比较分析。(4)基于二维势垒位错滑移模型的金属晶体的强度。将二维势垒位错滑移模型应用到面心立方金属(Cu和Al)和体心立方金属(Fe和Mo)中,研究了它们的屈服强度随温度变化的趋势,并且与相应的实验结果进行了对比。(5)基于二维势垒位错滑移模型的硬度与材料导电性的关联研究。以Ti B2为例,使用二维势垒位错滑移模型,结合Sachs模型和Tabor定律计算了Ti B2的高温硬度。通过电子能带计算,分析了Ti B2的导电性。通过对比分析位错滑移的势能面与电子传输势能面的差异,研究材料硬度与材料导电性之间的关系。本文提出了二维势垒位错滑移模型及材料强度预测方法,并且建立了适用与共价材料,离子材料和金属材料的高温硬度的位错理论模型。这些发现有助于揭示硬度的物理机制,并为新型结构材料的设计,特别是耐高温结构材料的设计提供直接的指导。
阳雄[8](2019)在《新型六角硅晶体结构的第一性原理预测及光电性能研究》文中研究说明硅元素(Si)在地壳中含量巨大,具有无毒、环境友好、稳定性高等优点。硅晶体材料是半导体工业的基石,也是太阳能光伏产业的材料先驱。目前用作太阳能电池吸收层材料的主要成分是金刚石结构的硅晶体,其间接带隙特征影响了对太阳光的吸收效率。为了提升硅基太阳能电池的光电转换效率,从理论和实验上去预测和设计具有直接带隙类型的新型硅晶体材料是一个非常热门的研究方向。根据硅元素的化学成键特征,我们在本论文中选择课题组开发的结构搜索软件RG2对潜在的硅晶体结构进行预测,发现了4个新型的六角硅晶体结构,并利用第一性原理对它们的结构特征、稳定性、电子结构和光学性质进行了计算。(1)通过RG2搜索得到2个全新的六角硅晶体结构Hex-193和Hex-194并利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了Hex-193和Hex-194的结构特征、稳定性(包括热力学稳定性、动力学稳定性、弹性力学稳定性)、电子性质、力学性质和光学性质。我们的计算结果表明,Hex-193与Hex-194具有良好的热力学稳定性,在动力学和弹性力学上也都是稳定的。能带结构计算结果表明,Hex-193和Hex-194都是准直接带隙的半导体,它们的带隙值适合用于对太阳光进行吸收。进一步的光学性质研究表明,Hex-193和Hex-194确实具有比其它硅晶体结构更好的光学吸收能力,可看作是潜在的太阳能电池光吸收层材料。(2)利用RG2在六角晶系(Nos.152和154)中搜索四配位结构时发现两个互为左右关系的晶体结构Hr152与Hl154(两者手结构),并将它们推广作为碳、硅、锗、锡晶体进行系统研究。我们的第一性原理计算结果表明,Hr152和Hl154在的碳、硅、锗、锡中具有相同的能量稳定性、电子结构和力学性质。作为碳、硅、锗晶体时它们都是间接带隙半导体,带隙分别为4.88 eV,1.54 eV,1.08 eV和0.68 eV。值得注意的是,Hr152与Hl154结构的硅晶体具有比传统的金刚石硅晶体和大多数理论提出的硅晶体更好的光吸收能力,是良好的太阳能电池吸收层材料。
宋庆峰[9](2019)在《新型四元铜基类金刚石结构化合物(Cu2-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ4)热电性能的研究》文中研究说明类金刚石结构化合物是由二元闪锌矿结构依据“八电子规则”采用元素“交叉取代”的方式而形成的一类具有扭曲四面体结构的化合物。在2009年,四元类金刚石结构化合物的热电性能被报道以后,其作为一类宽禁带半导体热电材料在热电领域中才获得广泛关注。四元类金刚石结构化合物因其低的热导率被认为是一类有潜力的新型热电材料,但较低的电学性能限制了这类化合物的热电性能。因此,寻找高电学性能的新型四元类金刚石结构热电材料是这类化合物研究的一个重要方向。本论文依据赝立方结构准则筛选出具有高热电性能的Cu基四元类金刚石结构化合物,并通过掺杂和固溶等方法提高材料电学性能和降低材料热导率来实现热电性能的优化,同时结合理论计算和相关物理模型分析晶体结构、能带结构及缺陷形式对材料电热输运性能的影响。本论文的主要研究结果如下:1.本论文依据赝立方结构准则成功地从众多Cu基四元类金刚石结构化合物中筛选出三种高性能的热电材料Cu2TMSnSe4(TM=Mn/Fe/Co)并分析了它们的电热输运性能。结果表明,准立方结构引起的近似高简并能带结构使得材料表现出良好的电学性能,在850 K时,材料的最高功率因子为7μW cm-1 K-2。阴阳离子之间存在的不同化学键造成的晶格结构局部扭曲导致了材料具有低的热导率,在850 K时,它们的热导率均小于1 W m-1 K-1。电学性能和热学性能两方面的共同作用使得未优化的Cu2TMSnSe4(TM=Mn/Fe/Co)三种化合物热电性能可以与已报道的其他四元类金刚石结构化合物相媲美。2.制备了一系列少量Cu掺杂Cu2+δMn1-δSnSe4样品,探讨了Cu掺杂对材料晶体结构及电热输运性能的影响。结构解析表明少量Cu掺杂对材料的晶格常数和结构畸变因子几乎没有影响,但会引起Se原子向晶格顶点移动,增加材料晶格内部的扭曲。电学性能分析表明少量Cu掺杂可以有效提高材料载流子浓度,优化材料的电学性能。当Cu掺杂量为10%时,材料的霍尔载流子浓度接近理论最优载流子浓度,材料的功率因子达到理论预测的最大值。热学性能分析显示Se原子移动造成的晶格结构内部扭曲可以增强声子散射,使得材料的晶格热导率随着Cu掺杂量的增大而降低。3.利用第一性原理计算了Cu2FeSnSe4化合物在缺Cu和富Cu条件下各种类型缺陷的形成能,并通过Cu取代Fe成功抑制化合物中本征缺陷Cu空位的形成,实现了材料载流子迁移率和热电性能的优化。第一性原理计算结果表明在缺Cu条件下负电性Cu空位是Cu2FeSnSe4化合物中主要的缺陷形式,可作为散射中心对载流子产生离化杂质散射,使得Cu2FeSnSe4化合物基体材料具有低的载流子迁移率。在富Cu条件下电中性CuFe缺陷是Cu2FeSnSe4化合物中主要的缺陷形式,对材料载流子迁移率影响较弱。电学性能分析显示在富Cu化合物Cu2+δFe1-δSnSe4中,随着Cu含量的增加,离化杂质浓度显着降低,散射强度明显减弱,载流子迁移率逐渐增加。当Cu取代Fe的量达到10%时,室温下材料的载流子散射机制转变为电声散射。载流子浓度和迁移率的协同优化使得材料的zT值在测试温度范围内均得到提升。这也为其它具有类似本征晶格缺陷热电材料的性能优化提供新思路。4.研究了固溶体Cu2Fe1-xMnxSnSe4的晶体结构和热电性能,尤其Mn固溶对晶格结构和晶格热导率的影响。晶格结构解析表明固溶体晶格结构常数变化遵循维加德定律,而晶格结构内部畸变参数与Mn固溶量呈非线性变化关系,当固溶量约为50%时,晶格结构内部畸变参数达到最大。热学性能分析显示材料的室温晶格热导率遵循Callaway模型,并且晶格热导率的降低主要来自晶格结构内部应力场的涨落,在固溶量为50%时,晶格热导率最小。5.结合固溶和掺杂的方法制备了Cu2+x(Fe0.5Mn0.5)1-xSnSe4系列样品,分析了材料的热电性能。结果显示当Cu掺杂量为10%时,材料的载流子浓度已接近理论最优载流子浓度,此时材料的最大zT值为0.58。
江佳霖[10](2019)在《硅基张应变锗光源的技术研究》文中进行了进一步梳理随着信息技术日新月异的的发展以及“大数据”、“万物互联”等概念的提出,当今社会的信息量正呈现爆炸式的增长态势。海量信息的产生,对信息的处理、传输和存储都提出了前所未有的要求。过去的几十年里,信息产业的兴盛得益于集成电路技术的不断进步。然而,随着半导体工艺逐渐接近极限,集成电路的性能提升速度日趋缓慢。另一方面,微电子器件中传统的电互连方式也在高速、高集成密度的情况下表现出性能瓶颈。为了寻求高速、低能耗的信息处理和传输方案,人们开始将目光投向光子学技术。硅基光子学是一个被寄予厚望的技术方向。首先,利用光子技术的高速性、并行性以及低损耗性等优势,电学领域中信息处理和传输的瓶颈问题将迎刃而解。其次,硅光子技术延续了微电子产业长期研发投入的硅材料工艺,即互补金属氧化物半导体(Complementary metal oxide semiconductor,CMOS)工艺,因而能较好地与现有的微电子技术兼容并且具有很低的制造成本。此外,由于其高度集成化的特点,硅光子技术还能在光谱学、传感等领域颠覆传统的光学技术。虽然硅基光子学在过去二十年里取得了令人瞩目的成就,但最为核心的单片集成硅基光源却仍然没有理想的解决方案,这极大限制了硅光子技术的应用与进一步发展。在国家自然科学基金重点项目的资助下,本论文围绕着硅基张应变锗光源,开展了一系列理论分析、器件设计以及实验验证研究,取得的创新性研究成果如下:(1)建立了一套分析应变体材料锗以及应变锗硅量子阱光增益特性的理论模型。该模型包括Γ点和L点附近的能带结构计算、直接带隙光增益计算以及自由载流子吸收计算。基于此模型,能够分析应变以及n型掺杂对材料净光增益谱的影响。因此其可以作为设计应变体材料锗和锗硅量子阱光源的理论框架。(2)计算了单轴张应变、n型掺杂Ge/SiGe量子阱的净光增益谱,并分析讨论了应变量和n掺杂浓度对净增益峰值和透明载流子浓度的影响。理论计算结果表明,单轴张应变将使Ge/SiGe量子阱TE偏振光的增益大于TM偏振光。同时,单轴张应变对材料净光增益有显着的增强作用,对透明载流子浓度有明显的降低作用。在合理的应变量(4%)以及n掺杂浓度下(1×1019 cm-3)下,Ge/Si0.15Ge0.85量子阱的净光增益可达到2061 cm-1。(3)提出了一种基于单轴张应变体材料锗的电驱动分布式布拉格反射器激光器,该激光器利用微桥结构引入张应变,利用水平纵向pn结注入载流子,利用脊形波导和波导侧壁布拉格光栅构成光学谐振腔。结合力学、光学以及半导体电输运仿真,分析了应变量和n掺杂浓度对激光器阈值电流密度以及内量子效率的影响。仿真结果显示,在当前的材料晶体质量下,阈值电流密度为80 kA/cm2,通过优化材料质量可以将阈值电流密度降低到29 kA/cm2。为了与传统垂直注入激光器比较,对电流密度进行了等效校正,等效后的阈值电流密度为4.8 kA/cm2,与双异质结Ⅲ-Ⅴ族半导体激光器在同一量级。(4)对比了单轴张应变体材料锗和锗硅量子阱激光器的阈值特性。提出了基于大反射带宽弧形光栅的DBR谐振腔结构,使器件的制作容差得到较大改善。仿真结果表明,在同等张应变下,锗硅量子阱激光器的阈值电流密度要远高于体材料锗激光器。通过理论计算和仿真分析,解释了锗硅量子阱激光器具有较高的阈值电流密度是因为其Γ点和L点之间的能态数目更大,并且载流子的电注入效率较低。(5)利用悬空微桥结构实现了单轴张应变锗硅量子阱。观察到应变导致的拉曼峰漂移以及光致发光峰红移。光致发光峰从1450 nm移动到1800 nm,据此推测出阱区张应变达到2.1%。同时,还观察到张应变对锗硅量子阱的光致发光有显着增强作用。(6)提出并实现了一种基于水平纵向p-i-n结的单轴张应变锗发光二极管。拉曼映射测试显示,器件的有源区中引入了1.76%的单轴张应变,且应变分布较为均匀。器件表现出良好的电学性能:电流开关比为105,理想因子为1.92。电致发光测试中,观察到直接带隙发光峰从1580 nm移动到1840 nm,与理论计算吻合较好。此外,证实了单轴张应变对锗的电致发光具有增强效应,电致发光积分强度的增强因子为16。该方案为实现低阈值电驱动应变锗激光器提供了一种途径。
二、LCAO法计算金刚石和锗的能带(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、LCAO法计算金刚石和锗的能带(论文提纲范文)
(1)高压下材料的超导电性、电荷密度波与形貌依赖的电输运行为的演化(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 超导电性 |
1.1.1 超导电性的发展 |
1.1.2 超导电性基本特征和分类 |
1.1.3 几类超导材料 |
1.2 电荷密度波 |
1.2.1 电荷密度波的起源 |
1.2.2 电子强关联体系中的电荷密度波 |
1.3 过渡金属硫族化合物 |
1.3.1 过渡金属硫族化合物的晶体结构和能带结构 |
1.3.2 过渡金属硫族化合物中的电荷密度波 |
1.4 本论文的研究目的与意义 |
1.5 本论文的主要内容 |
第二章 高压与低温电输运实验技术简介 |
2.1 金钢石对顶砧(DAC)装置及其使用方法 |
2.2 高压低温电输运实验测量方法 |
2.2.1 高压电输运实验方法 |
2.2.2 低温电磁学测量系统 |
第三章 高压下TaFe_(1+y)Te_3的超导电性和磁性研究 |
3.1 研究背景 |
3.2 实验过程 |
3.3 实验结果与讨论 |
3.3.1 TaFe_(1+y)Te_3常压结构表征和电阻 |
3.3.2 TaFe_(1+y)Te_3压致超导转变 |
3.3.3 TaFe_(1+y)Te_3高压结构研究 |
3.3.4 TaFe_(1+y)Te_3高压霍尔效应研究 |
3.3.5 TaFe_(1+y)Te_3的P-T相图 |
3.4 本章小结 |
第四章 高压下NbTe_2的结构和电荷密度波研究 |
4.1 研究背景 |
4.2 实验过程 |
4.3 实验结果与讨论 |
4.3.1 NbTe_2常压表征 |
4.3.2 NbTe_2高压结构相变 |
4.3.3 NbTe_2高压和高温拉曼研究 |
4.3.4 NbTe_2的高压电输运、霍尔效应和磁阻研究 |
4.3.5 NbTe_2高压相的焓值和能带计算 |
4.4 本章小结 |
第五章 高压下Cu_2O形貌依赖的电输运和力学性质 |
5.1 研究背景 |
5.2 实验过程 |
5.3 实验结果与讨论 |
5.3.1 常压样品表征 |
5.3.2 不同形貌Cu_2O的常压光电子能谱 |
5.3.3 高压下不同形貌Cu_2O的电输运和相变研究 |
5.3.4 不同形貌Cu_2O卸压样品的扫描和透射电镜研究 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间完成的学术论文 |
致谢 |
(2)超高压力条件热电材料热电输运特性的理论研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.1.1 热电材料 |
1.1.2 超高压力条件 |
1.2 国内外相关工作研究进展 |
1.2.1 优化ZT值的基本策略 |
1.2.2 超高压力条件热电性质实验研究现状 |
1.2.3 超高压力条件热电性质计算模拟研究现状 |
1.3 论文研究内容和技术路线 |
2 热电性质计算方法 |
2.1 引言 |
2.2 基于密度泛函理论的第一性原理方法简介 |
2.3 电子玻尔兹曼输运理论 |
2.4 声子玻尔兹曼输运理论 |
2.4.1 晶格动力学 |
2.4.2 线性声子玻尔兹曼方程 |
2.5 电声相互作用 |
2.6 计算方法验证 |
2.7 本章小结 |
3 典型宽带隙半导体晶格热导率的压力调控 |
3.1 引言 |
3.2 计算方法和参数设定 |
3.3 结构相变压力和声子色散关系 |
3.3.1 焓差-压力曲线 |
3.3.2 声子色散关系 |
3.4 晶格热导率的压力依存性 |
3.5 纤锌矿结构和岩盐矿结构声子特性分析 |
3.5.1 晶格热导率的频率分布 |
3.5.2 声子简谐性质 |
3.5.3 声子非简谐性质 |
3.6 不同压力下纤锌矿结构声子特性分析 |
3.7 不同压力下岩盐矿结构声子特性分析 |
3.8 本章小结 |
4 具有间接带隙的正交结构GeSe热电特性及压力调控 |
4.1 引言 |
4.2 计算方法和参数设定 |
4.3 晶体结构及声子色散关系 |
4.4 声子输运特性 |
4.4.1 共振键诱发的长程相互作用 |
4.4.2 不同压力下的晶格热导率 |
4.4.3 不同声子支的贡献 |
4.4.4 晶格热导率的频率分解 |
4.4.5 平均自由程累积晶格热导率 |
4.4.6 声子简谐和非简谐特性分析 |
4.5 电子输运特性 |
4.5.1 不同压力下的热电性能 |
4.5.2 不同压力下的电子能带结构 |
4.6 本章小结 |
5 具有直接带隙的高压菱方结构GeSe热电特性 |
5.1 引言 |
5.2 计算方法和参数设定 |
5.3 晶体结构及其稳定性 |
5.4 声子输运特性 |
5.4.1 共振键对晶格热导率的影响 |
5.4.2 不同声子支的贡献 |
5.4.3 晶格热导率的频率分解 |
5.4.4 平均自由程累积晶格热导率 |
5.4.5 声子非简谐特性分析 |
5.5 电子输运特性 |
5.5.1 电子能带结构 |
5.5.2 局域电荷密度和能量等值面 |
5.5.3 热电性能 |
5.6 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
致谢 |
作者简介 |
(3)二维材料电、热输运性质中电声子相互作用的第一性原理计算研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 二维材料 |
1.1.1 二维材料简介 |
1.1.2 二维材料的广泛应用 |
1.2 二维材料输运特性 |
1.2.1 二维材料电输运研究进展 |
1.2.2 二维材料热输运研究进展 |
1.3 电声子相互作用研究进展 |
1.3.1 电声子相互作用简介 |
1.3.2 电声子相互作用的理论研究进展 |
1.3.3 电声子相互作用在电、热输运中的研究概况 |
1.4 论文研究目的和研究内容 |
第二章 理论方法 |
2.1 电子结构理论 |
2.1.1 绝热近似 |
2.1.2 密度泛函理论 |
2.1.3 交换关联泛函 |
2.1.4 固体能带理论 |
2.2 晶格动力学 |
2.2.1 有限位移法 |
2.2.2 密度泛函微扰法 |
2.3 玻尔兹曼输运理论 |
2.3.1 电子玻尔兹曼输运方程 |
2.3.2 声子玻尔兹曼输运方程 |
2.4 电声子相互作用 |
2.4.1 电子及声子散射时间 |
2.4.2 瓦尼尔函数插值 |
2.5 计算流程 |
第三章 石墨炔材料的电子输运性质 |
3.1 研究背景 |
3.2 计算方法 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 几何模型与电子结构 |
3.3.2 晶格振动 |
3.3.3 散射时间和迁移率 |
3.4 本章小结 |
第四章 单层In X(X= S,Se,Te)材料的载流子迁移率研究 |
4.1 研究背景 |
4.2 计算方法 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 几何结构与基本性质 |
4.3.2 载流子迁移率 |
4.3.3 电声散射率模式分解 |
4.3.4 能带重整化 |
4.4 本章小结 |
第五章 电声子相互作用对单层MoS_2和PtSSe晶格热导率的影响 |
5.1 研究背景 |
5.2 计算方法 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 几何结构 |
5.3.2 电子性质和声子谱 |
5.3.3 电声散射和声声散射 |
5.3.4 自旋轨道耦合对热输运影响的评估 |
5.4 本章小结 |
第六章 单层InSe中空穴掺杂诱导的声子软化对晶格热导率的影响 |
6.1 研究背景 |
6.2 计算方法 |
6.3 结果与讨论 |
6.3.1 电子性质和晶格振动 |
6.3.2 电声散射 |
6.3.3 三声子散射和晶格热导率 |
6.4 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录一:攻读博士学位期间所取得的科研成果 |
附录二:作者简介 |
(4)压缩玻璃碳和富碳氮化碳的结构设计与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 碳材料的研究现状 |
1.2.1 常见的碳同素异形体 |
1.2.2 实验合成的新型碳材料 |
1.2.3 理论设计和预测的新型碳结构 |
1.3 超硬氮化碳材料的研究现状 |
1.3.1 超硬C_3N_4结构的理论预测 |
1.3.2 超硬C_3N_4结构的实验合成 |
1.3.3 富碳氮化碳的结构设计及实验合成 |
1.4 本文的主要研究内容 |
第2章 压缩玻璃碳的合成及其在微纳尺度下压缩强度与变形行为的研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 高温高压实验 |
2.2.2 结构和性能表征 |
2.2.3 微纳米柱的加工 |
2.2.4 单轴压缩测试 |
2.3 玻璃碳前驱体的结构表征 |
2.4 压缩玻璃碳材料的合成 |
2.5 压缩玻璃碳在微纳尺度的压缩强度和变形行为研究 |
2.6 本章小结 |
第3章 新型压缩玻璃碳/纳米晶金刚石复合材料的实验合成与性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验方法 |
3.2.1 高温高压实验 |
3.2.2 结构与性能表征 |
3.3 压缩玻璃碳/纳米晶金刚石复合材料结构表征和性能测试 |
3.3.1 压缩玻璃碳/纳米晶金刚石复合材料的微观结构 |
3.3.2 压缩玻璃碳/纳米晶金刚石复合材料的力学性能与导电性 |
3.4 本章小结 |
第4章 新型富碳氮化碳的结构设计与性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 C_5N高压相的结构设计与性能研究 |
4.2.1 计算方法 |
4.2.2 晶体结构和稳定性 |
4.2.3 力学性能 |
4.2.4 电子性质 |
4.2.5 可能的合成路径 |
4.3 类五角金刚石氮化碳的结构设计与性能研究 |
4.3.1 计算方法 |
4.3.2 晶体结构和稳定性 |
4.3.3 力学性能 |
4.3.4 电子性质 |
4.4 新型类SC-C_(20)结构笼形氮化碳的结构设计与性能研究 |
4.4.1 计算方法 |
4.4.2 晶体结构和稳定性 |
4.4.3 对实验合成的未知相的解释 |
4.4.4 力学性能 |
4.4.5 电子性质和光学性质 |
4.5 本章小结 |
第5章 新型笼型碳的结构设计与性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 计算方法 |
5.3 晶体结构和稳定性 |
5.4 力学性能 |
5.5 电子性质 |
5.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
致谢 |
(5)锗系合金半导体薄膜及光电探测器件研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 光电探测器研究概述 |
1.2.1 紫外光波段光电探测器 |
1.2.2 可见光波段光电探测器 |
1.2.3 红外光波段光电探测器 |
1.2.4 二维材料和钙钛矿材料光电探测器 |
1.3 GeSn光电探测器国内外研究现状 |
1.4 本文的主要研究内容 |
第二章 理论基础及实验方法 |
2.1 半导体光电探测器探测原理 |
2.2 薄膜生长原理和加工工艺 |
2.2.1 分子束外延生长原理 |
2.2.2 磁控溅射生长原理 |
2.3 薄膜及器件表征测试方法 |
2.3.1 X射线光电子能谱 |
2.3.2 X射线衍射 |
2.3.3 原子力显微镜 |
2.3.4 分光光度计 |
2.3.5 霍尔效应测试仪 |
2.3.6 I-V曲线测试及光暗电流比测试 |
2.4 本章小结 |
第三章 锗锡薄膜和锗铋薄膜的分子束外延生长及其性质研究 |
3.1 GeSn薄膜的基本性质 |
3.2 GeSn薄膜的微观结构和性质分析 |
3.2.1 GeSn薄膜的XPS图谱分析 |
3.2.2 GeSn薄膜的AFM表面形貌分析 |
3.2.3 GeSn薄膜的XRD图谱分析 |
3.2.4 GeSn薄膜的半导体参数分析 |
3.3 GeSn薄膜的光学性能分析 |
3.4 GeBi薄膜的基本性质 |
3.5 GeBi薄膜的微观结构和性质分析 |
3.5.1 GeBi薄膜的XPS图谱分析 |
3.5.2 GeBi薄膜的AFM表面形貌分析 |
3.5.3 GeBi薄膜的XRD图谱分析 |
3.5.4 GeBi薄膜的半导体参数分析 |
3.6 GeBi薄膜的光学性能分析 |
3.7 本章小结 |
第四章 硅基锗锡锗铋光电探测器设计及性能研究 |
4.1 硅基锗锡锗铋光电探测器设计及制备 |
4.1.1 光电探测器结构设计 |
4.1.2 光电探测器制备工艺 |
4.2 B掺杂参数对光电探测器性能影响研究 |
4.3 本征层厚度对光电探测器性能影响研究 |
4.4 不同Bi含量对光电探测器性能影响研究 |
4.5 本章小结 |
第五章 全文总结及展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 不足和展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的成果 |
(6)Al掺杂对GaSb和GaInSb晶体结构和性能的影响(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 前言 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 半导体材料的类别及发展 |
1.2.1 半导体材料的类别 |
1.2.2 半导体材料的发展趋势与展望 |
1.3 锑化镓(GaSb)晶体材料 |
1.3.1 GaSb晶体结构特征 |
1.3.2 GaSb晶体电学特征 |
1.3.3 GaSb晶体热学特征 |
1.4 锑铟镓(GaInSb)晶体材料 |
1.4.1 In的掺杂对GaSb晶体结构的影响 |
1.4.2 In掺杂对GaSb晶体性能的影响 |
1.4.3 Al掺杂对GaSb晶体结构的影响 |
1.4.4 Al掺杂对GaSb晶体性能的影响 |
1.5 GaInSb和 GaAlSb晶体材料的应用领域及研究现状 |
1.5.1 GaInSb和 GaAlSb晶体材料的应用 |
1.5.2 GaInSb晶体材料的研究现状 |
1.5.3 GaAlSb晶体材料的研究现状 |
1.6 GaInSb晶体的制备方法 |
1.6.1 提拉法(CZ) |
1.6.2 布里奇曼法(Bridgman法) |
1.6.3 垂直梯度凝固法(Vertical Gradient Freezing,VGF) |
1.6.4 区熔-移动加热器法(Travelling Heater Method,THM) |
1.7 本论文的研究意义及难点 |
1.8 本论文的研究内容 |
第二章 CVD法坩埚表面碳膜蒸镀研究 |
2.1 石英坩埚内壁镀膜的意义 |
2.2 石英坩埚内壁镀膜的原理及技术方法 |
2.2.1 物理气相沉积法(PVD) |
2.2.2 化学气相沉积法(CVD) |
2.3 坩埚镀膜方案的确定 |
2.3.1 镀膜方法的确定 |
2.3.2 碳源的确定 |
2.4 镀膜实验流程 |
2.4.1 实验原料的选用 |
2.4.2 镀膜实验设备 |
2.4.3 镀膜实验流程 |
2.5 镀膜实验结果 |
2.6 本章小结 |
第三章 GaInSb和 GaAlSb晶体的生长与表征 |
3.1 实验原料及生长设备 |
3.1.1 实验原料及试剂 |
3.1.2 实验设备 |
3.2 石英坩埚的选用 |
3.3 晶体生长 |
3.3.1 晶体的装料和封管 |
3.3.2 GaInSb和 GaAlSb晶体多晶料的合成 |
3.3.3 GaInSb和 GaAlSb晶体的生长过程 |
3.3.4 GaInSb和 GaAlSb晶体的后处理 |
3.3.5 GaInSb和 GaAlSb晶圆的研磨抛光及化学腐蚀 |
3.4 GaInSb和 GaAlSb晶锭样品的测试与表征 |
3.4.1 能量色散谱仪(EDS) |
3.4.2 X射线衍射分析(XRD) |
3.4.3 霍尔效应测试分析 |
3.4.4 傅立叶变换红外光谱分析(FTIR) |
3.4.5 金相显微分析 |
第四章 铝(Al)掺杂对GaSb晶体结构和性能的影响 |
4.1 晶体生长过程中的参数设定 |
4.2 结果与讨论 |
4.2.1 Al对 GaSb晶体结构的影响 |
4.2.2 Al对 GaSb晶体组分偏析的影响 |
4.2.3 Al对 GaSb晶体位错的影响 |
4.2.4 Al对 GaSb晶体电学性能的影响 |
4.2.5 Al对 GaSb晶体红外透过率的影响 |
4.3 本章小结 |
第五章 铝(Al)掺杂对GaInSb晶体结构和性能的影响 |
5.1 GaInSb晶体生长过程中实验参数的设定 |
5.2 实验结果与讨论 |
5.2.1 Al对 GaInSb晶体结构的影响 |
5.2.2 Al对 GaInSb晶体中In组分偏析的影响 |
5.2.3 Al对 GaInSb晶体位错的影响 |
5.2.4 Al对 GaInSb晶体电学性能的影响 |
5.2.5 Al对 GaInSb晶体中红外透过率的影响 |
5.3 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况 |
致谢 |
(7)二维势垒位错滑移模型的建立及材料强度计算(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 材料的键合类型及材料分类 |
1.2.1 共价键及共价晶体 |
1.2.2 离子键及离子晶体 |
1.2.3 金属键及金属晶体 |
1.3 材料的力学性质 |
1.3.1 弹性 |
1.3.2 塑性 |
1.3.3 断裂 |
1.4 材料的强化方法 |
1.4.1 固溶强化 |
1.4.2 第二相强化 |
1.4.3 加工硬化 |
1.4.4 细晶强化 |
1.5 金属材料强度的理论研究 |
1.5.1 理论强度 |
1.5.2 Frenkel-Kontorova模型 |
1.5.3 Peierls-Nabarro模型 |
1.5.4 Seeger模型 |
1.6 共价材料硬度的理论研究 |
1.6.1 基于弹性性质的硬度模型 |
1.6.2 基于价键理论的硬度模型 |
1.7 多晶材料强度的理论研究 |
1.7.1 Taylor模型 |
1.7.2 Sachs模型 |
1.7.3 Self-consistent模型 |
1.8 本文的研究内容及目标 |
第2章 二维势垒位错滑移模型及多晶材料强度计算方法 |
2.1 引言 |
2.2 位错滑移的二维势垒 |
2.3 二维势垒位错滑移模型的建立 |
2.3.1 硬扭折对模式 |
2.3.2 混合扭折对模式 |
2.3.3 软扭折对模式 |
2.3.4 弦模式 |
2.4 位错滑移的临界分切应力 |
2.5 基于Sachs模型的多晶材料强度计算方法 |
2.6 本章小结 |
第3章 基于二维势垒位错滑移模型的典型共价晶体硬度研究 |
3.1 引言 |
3.2 闪锌矿型共价材料的晶体结构及滑移系 |
3.2.1 闪锌矿型共价晶体的结构 |
3.2.2 闪锌矿型共价晶体的滑移系 |
3.3 纤锌矿型共价材料的晶体结构及滑移系 |
3.3.1 纤锌矿型共价晶体的结构 |
3.3.2 纤锌矿型共价晶体的滑移系 |
3.4 基于W-F模型的闪锌矿型共价晶体硬度计算 |
3.4.1 闪锌矿型共价晶体中的位错滑移激活能 |
3.4.2 闪锌矿型共价晶体的高温硬度计算 |
3.4.3 影响闪锌矿型共价晶体硬度的因素 |
3.5 基于W-F模型的纤锌矿型共价晶体硬度计算 |
3.5.1 纤锌矿型金刚石的硬度计算 |
3.5.2 纤锌矿型氮化硼的硬度计算 |
3.6 本章小结 |
第4章 基于二维势垒位错滑移模型的离子晶体硬度研究 |
4.1 引言 |
4.2 NaCl的晶体结构及滑移系 |
4.2.1 NaCl的晶体结构 |
4.2.2 NaCl晶体的滑移系 |
4.3 γ-Mg_2SiO_4晶体结构及滑移系 |
4.3.1 γ-Mg_2SiO_4的晶体结构 |
4.3.2 γ-Mg_2SiO_4晶体的滑移系 |
4.4 基于W-F模型的NaCl硬度计算 |
4.5 基于W-F模型的多晶γ-Mg_2SiO_4硬度计算 |
4.6 本章小结 |
第5章 基于二维势垒位错滑移模型的金属晶体强度研究 |
5.1 引言 |
5.2 面心立方金属的晶体结构及滑移系 |
5.2.1 面心立方金属的晶体结构 |
5.2.2 面心立方金属的滑移系 |
5.3 体心立方金属的晶体结构及滑移系 |
5.3.1 体心立方金属的晶体结构 |
5.3.2 体心立方金属的滑移系 |
5.4 基于W-F模型的铝和铜的强度计算 |
5.5 基于W-F模型的多晶铁和钼的强度计算 |
5.6 本章小结 |
第6章 基于二维势垒位错滑移模型的硬度与导电性的关联研究 |
6.1 引言 |
6.2 二硼化钛的晶体结构及滑移系 |
6.2.1 二硼化钛的晶体结构 |
6.2.2 二硼化钛晶体的滑移系 |
6.3 基于W-F模型的二硼化钛的硬度计算 |
6.3.1 位错滑移的临界分切应力 |
6.3.2 基于Sachs模型的二硼化钛硬度计算 |
6.4 二硼化钛的导电性 |
6.4.1 二硼化钛的电子能带结构 |
6.4.2 二硼化钛的电子势能面 |
6.5 硬度与导电性的关联 |
6.6 本章小结 |
结论 |
展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
致谢 |
(8)新型六角硅晶体结构的第一性原理预测及光电性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 硅晶体在光伏领域的相关背景 |
1.3 实验上合成的硅晶体结构 |
1.4 理论上提出的硅晶体结构 |
1.5 研究内容及科学意义 |
第2章 理论方法和工具 |
2.1 绝热近似 |
2.2 Hartree-Fock近似 |
2.3 密度泛函理论 |
2.3.1 Hohenberg-Kohn定理 |
2.3.2 Khon-Sham方程及其自洽求解 |
2.4 交换关联泛函 |
2.4.1 局域密度近似 |
2.4.2 广义梯度近似 |
2.4.3 杂化泛函 |
2.5 赝势 |
2.6 材料的稳定性评估 |
2.6.1 热力学稳定性 |
2.6.2 动力学稳定性 |
2.6.3 弹性力学稳定性 |
2.7 材料的光电性能 |
2.7.1 电子性质 |
2.7.2 光吸收系数 |
2.8 计算软件介绍 |
2.8.1 RG~2结构搜索代码 |
2.8.2 VASP软件 |
2.8.3 PHONOPY软件 |
第3章 两个新型六角硅晶体结构及其光电性能 |
3.1 本章引言 |
3.2 计算方法 |
3.3 晶体结构及其稳定性 |
3.4 能带结构 |
3.5 光吸收系数 |
3.6 本章小结 |
第4章 新型手征硅晶体结构 |
4.1 本章引言 |
4.2 计算方法与模型 |
4.3 晶体结构及其稳定性 |
4.4 电子性质与光学性质 |
4.5 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历与学术成果 |
(9)新型四元铜基类金刚石结构化合物(Cu2-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ4)热电性能的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 引言 |
第2章 热电转换技术基础概念及理论 |
2.1 热电转换基本效应及定义 |
2.1.1 泽贝克效应 |
2.1.2 佩尔捷效应 |
2.1.3 汤姆孙效应 |
2.2 热电器件工作原理及性能参数 |
2.2.1 热电器件工作原理 |
2.2.2 热电发电器件性能参数 |
2.2.3 热电制冷器件性能参数 |
2.2.4 无量纲热电优值 |
2.3 热电材料中电热输运固体理论 |
2.3.1 电输运固体理论 |
2.3.2 载流子的散射机制 |
2.3.3 热输运固体理论 |
2.3.4 热电材料发展概况 |
第3章 类金刚石结构热电化合物的研究现状 |
3.1 类金刚石结构化合物的晶体结构和能带结构 |
3.1.1 类金刚石结构化合物的晶体结构 |
3.1.2 类金刚石结构化合物的能带结构 |
3.2 类金刚石结构热电材料的性能优化 |
3.2.1 类金刚石结构热电材料电学性能的优化 |
3.2.2 类金刚石结构热电材料热学性能的优化 |
3.2.3 高熵工程 |
3.3 类金刚石结构热电材料研究概况 |
3.3.1 典型类金刚石结构热电材料 |
3.3.2 其他类金刚石结构热电材料 |
3.4 本论文的选题依据和研究内容 |
第4章 新型Cu_2TMSn Se_4化合物热电性能的研究 |
4.1 引言 |
4.2 Cu_2TMSn Se_4样品的制备和表征 |
4.3 结果和讨论 |
4.3.1 Cu_2TMSn Se_4样品的物相分析 |
4.3.2 Cu_2TMSn Se_4样品的电输运性质 |
4.3.3 Cu_2TMSn Se_4样品的热输运性质 |
4.3.4 Cu_2TMSn Se_4样品的z T值 |
4.4 本章小结 |
第5章 Mn位掺杂Cu对Cu_(2+δ)Mn(1-δ)Sn Se_4热电性能的影响 |
5.1 引言 |
5.2 Cu_(2+δ)Mn(1-δ)Sn Se_4化合物的制备和表征 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 Cu_(2+δ)Mn(1-δ)Sn Se_4化合物的物相和晶体结构 |
5.3.2 Cu_(2+δ)Mn(1-δ)Sn Se_4化合物的电输运性质 |
5.3.3 Cu_(2+δ)Mn(1-δ)Sn Se_4化合物的热输运性质 |
5.3.4 Cu_(2+δ)Mn(1-δ)Sn Se_4化合物的z T值 |
5.4 本章小结 |
第6章 Cu掺杂对Cu_(2+δ)Fe_(1-δ)SnSe_4迁移率和热电性能的影响 |
6.1 引言 |
6.2 Cu_(2+δ)Fe_(1-δ)Sn Se_4化合物的制备和表征 |
6.3 结果与讨论 |
6.3.1 Cu_(2+δ)Fe_(1-δ)Sn Se_4化合物的缺陷形成能 |
6.3.2 Cu_(2+δ)Fe_(1-δ)Sn Se_4化合物的物相分析 |
6.3.3 Cu_(2+δ)Fe_(1-δ)Sn Se_4化合物的电输运性质 |
6.3.4 Cu_(2+δ)Fe_(1-δ)Sn Se_4化合物的热输运性质 |
6.3.5 Cu_(2+δ)Fe_(1-δ)Sn Se_4化合物的z T值 |
6.4 本章小结 |
第7章 固溶体Cu_2Fe_(1-x)Mn_x Sn Se_4热电性能的研究 |
7.1 引言 |
7.2 材料的制备和表征 |
7.3 结果与讨论 |
7.3.1 Cu_2Fe_(1-x) Mn_x Sn Se_4的物相分析 |
7.3.2 Cu_2Fe_(1-x) Mn_x Sn Se_4的电输运性质 |
7.3.3 Cu_2Fe_(1-x) Mn_x Sn Se_4的热输运性质 |
7.3.4 Cu_2Fe_(1-x) Mn_x Sn Se_4的z T值 |
7.4 本章小结 |
第8章 Cu掺杂Cu_2+x(Fe_0.5Mn_0.5)_(1-x) Sn Se_4热电性能的研究 |
8.1 引言 |
8.2 材料的制备和表征 |
8.3 结果与讨论 |
8.3.1 Cu_(2+x)(Fe_(0.5)Mn_(0.5))_(1-x) Sn Se_4的物相分析 |
8.3.2 Cu_(2+x)(Fe_(0.5)Mn_(0.5))_(1-x) Sn Se_4的电输运性质 |
8.3.3 Cu_(2+x)(Fe_(0.5)Mn_(0.5))_(1-x) Sn Se_4的热输运性质 |
8.3.4 Cu_(2+x)(Fe_(0.5)Mn_(0.5))_(1-x) Sn Se_4的z T值 |
8.4 本章小结 |
第9章 结论与展望 |
9.1 全文结论 |
9.1.1 Cu_2TMSn Se_4(TM=Mn/Fe/Co)三种基体材料的热电性能 |
9.1.2 少量Cu掺杂(Cu掺杂量≤10%)对Cu_(2+δ)Mn(1-δ)Sn Se_4性能的影响 |
9.1.3 本征缺陷的调节对Cu_2Fe Sn Se_4化合物性能的影响 |
9.1.4 固溶对Cu_2Fe_(1-x) Mn_x Sn Se_4材料性能的影响。 |
9.1.5 固溶与Cu掺杂相结合对材料Cu_(2+x)(Fe_(0.5)Mn_(0.5))_(1-x) Sn Se_4性能的影响 |
9.1.6 赝立方结构准则的应用 |
9.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文 |
(10)硅基张应变锗光源的技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 硅基光源的研究历程和现状 |
1.3 本论文的主要内容 |
1.4 本课题的来源及受资助情况 |
2 张应变锗材料发光特性的理论研究 |
2.1 锗材料的能带工程 |
2.2 张应变体材料锗的能带计算 |
2.3 张应变体材料锗的直接带隙光增益和光吸收计算 |
2.4 能带与光增益计算中的材料参数 |
2.5 张应变Ge/SiGe量子阱的能带计算 |
2.6 张应变Ge/SiGe量子阱的直接带隙光增益和光吸收计算 |
2.7 本章小结 |
3 单轴张应变锗电驱动激光器的设计与性能分析 |
3.1 微桥应变结构 |
3.2 激光器的结构设计 |
3.3 激光器的性能仿真与分析 |
3.4 水平纵向注入激光器电流密度的等效方法 |
3.5 本章小结 |
4 单轴张应变Ge/SiGe量子阱与体材料锗激光器的对比 |
4.1 直接带隙半导体量子阱相比于体材料的优势 |
4.2 张应变Ge/SiGe量子阱与体材料锗激光器的设计与仿真 |
4.3 态密度、载流子注入效率与阈值电流密度的对比 |
4.4 本章小结 |
5 单轴张应变体材料锗与Ge/SiGe量子阱的制作和表征 |
5.1 锗硅材料的外延生长 |
5.2 微桥结构的制作工艺 |
5.3 应变材料的表征方法 |
5.4 本章小结 |
6 基于微桥结构和水平p-i-n结的单轴张应变锗发光二极管 |
6.1 器件的设计与制作工艺 |
6.2 微区电致发光测试系统 |
6.3 实验结果与理论分析 |
6.4 本章小结 |
7 总结与展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录1 攻读博士学位期间发表论文和申请专利目录 |
附录2 论文中缩略词的含义 |
四、LCAO法计算金刚石和锗的能带(论文参考文献)
- [1]高压下材料的超导电性、电荷密度波与形貌依赖的电输运行为的演化[D]. 李淑甲. 吉林大学, 2021(01)
- [2]超高压力条件热电材料热电输运特性的理论研究[D]. 苑昆鹏. 大连理工大学, 2021
- [3]二维材料电、热输运性质中电声子相互作用的第一性原理计算研究[D]. 刘长东. 华东师范大学, 2021
- [4]压缩玻璃碳和富碳氮化碳的结构设计与性能研究[D]. 李子鹤. 燕山大学, 2021
- [5]锗系合金半导体薄膜及光电探测器件研究[D]. 李晨光. 电子科技大学, 2021(01)
- [6]Al掺杂对GaSb和GaInSb晶体结构和性能的影响[D]. 刘强. 天津工业大学, 2021(01)
- [7]二维势垒位错滑移模型的建立及材料强度计算[D]. 冯幸. 燕山大学, 2020(07)
- [8]新型六角硅晶体结构的第一性原理预测及光电性能研究[D]. 阳雄. 湘潭大学, 2019(02)
- [9]新型四元铜基类金刚石结构化合物(Cu2-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ4)热电性能的研究[D]. 宋庆峰. 中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所), 2019(03)
- [10]硅基张应变锗光源的技术研究[D]. 江佳霖. 华中科技大学, 2019(03)