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S，Se共掺杂Si光电特性的第一性原理计算分析

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物理学报 2025年

作者：陈福松杜玲艳谭兴毅李强四川轻化工大学自动化与信息工程学院四川轻化工大学人工智能四川省重点实验室湖北民族大学智能科学与工程学院重庆三峡学院教师教育学院

基于第一性原理研究了S、Se单掺杂以及共掺杂Si的光电特性，对掺杂前后晶体的几何结构、稳定性、能带结构和电子态密度以及光学性质进行了比较分析。计算结果表明，S掺杂Si与Se掺杂Si的光电特性极其相似，其禁带中均出现一条新的杂质能... 详细信息

基于第一性原理研究了S、Se单掺杂以及共掺杂Si的光电特性，对掺杂前后晶体的几何结构、稳定性、能带结构和电子态密度以及光学性质进行了比较分析。计算结果表明，S掺杂Si与Se掺杂Si的光电特性极其相似，其禁带中均出现一条新的杂质能级，主要由S的3s态与Se的4s态电子形成，杂质能级的形成促进了低能光子的吸收，增大了掺杂Si材料在近红外波段的光吸收率；与单晶硅相比，S掺杂Si与Se掺杂Si的光吸收谱，在0.6 eV处出现了一个新的峰值，该峰值正是由电子从杂质能级向导带跃迁产生。S、Se共掺杂Si在工作温度下表现出良好的稳定性；价带与导带之间出现两条杂质能级，分别由S的3s态与Se的4s态电子形成；S、Se共掺杂Si的光吸收率在低能区较单掺杂Si有较大提升，新增吸收峰出现在0.65 eV处，形成原因与单掺杂相似。然而，由于两条杂质能带间的间接跃迁过程，共掺杂Si在低能区的吸收峰更大。且与相同浓度的单掺杂Si相比，S、Se共掺杂Si的光吸收率在0.81eV～1.06eV范围内明显提高。

关键词： Si 第一性原理光电特性掺杂

VO_2/AZO复合薄膜的制备及其光电特性研究

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物理学报 2014年第21期63卷 387-394页

作者：袁文瑞李毅王晓华郑鸿柱陈少娟陈建坤孙瑶唐佳茵刘飞郝如龙方宝英肖寒上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海市现代光学系统重点实验室上海200093 上海电力学院计算机与信息工程学院上海200090

采用直流磁控溅射和后退火氧化的方法在掺铝氧化锌(AZO)导电玻璃上制备了二氧化钒(VO2)薄膜,研究了不同的退火温度、退火时间对VO2/AZO复合薄膜制备的影响,并对复合薄膜的结构、组分、光电特性进行了测试与分析.结果表明,导电玻璃上的AZ... 详细信息

采用直流磁控溅射和后退火氧化的方法在掺铝氧化锌(AZO)导电玻璃上制备了二氧化钒(VO2)薄膜,研究了不同的退火温度、退火时间对VO2/AZO复合薄膜制备的影响,并对复合薄膜的结构、组分、光电特性进行了测试与分析.结果表明,导电玻璃上的AZO没有改变VO2的取向生长,但明显改变了VO2薄膜的表面形貌特征.与用相同工艺和条件在普通玻璃基底上制备的VO2薄膜相比,VO2/AZO复合薄膜的相变温度降低约25?C,热滞回线宽度收窄至6?C,相变前后可见光透过率均在50%以上,1500 nm处红外透过率约为55%和21%,电阻率变化达3个数量级.该复合薄膜表面平滑致密,制备工艺简单,性能稳定,可应用于新型光电器件.

关键词： VO2 AZO 热致相变光电特性

Ce-Cu共掺杂对SnO_2薄膜光电特性的影响

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金属学报 2014年第1期50卷 95-102页

作者：单麟婷巴德纯曹青侯雪艳李建昌东北大学真空与流体工程研究中心沈阳110819

采用溶胶凝胶法制备不同Ce含量的Ce-Cu共掺杂SnO_2薄膜,通过实验及第一性原理计算研究了掺杂对SnO_2微观结构及光电特性的影响.结果表明,掺杂后薄膜物相未发生较大变化,Cu,Ce均以替代Sn位形式掺入,形成Cu_(Sn^2+),Ce_(Sn^3+)受主型缺陷.... 详细信息

采用溶胶凝胶法制备不同Ce含量的Ce-Cu共掺杂SnO_2薄膜,通过实验及第一性原理计算研究了掺杂对SnO_2微观结构及光电特性的影响.结果表明,掺杂后薄膜物相未发生较大变化,Cu,Ce均以替代Sn位形式掺入,形成Cu_(Sn^2+),Ce_(Sn^3+)受主型缺陷.随Ce掺杂浓度增加,薄膜晶粒尺寸和光学带隙均减小,电阻率先减小后增大,Ce掺杂量影响薄膜内陷阱分布从而导致电阻发生改变.PL光谱测试发现,SnO_2在390 nm处出现紫外发光峰,主要与0空位有关,Ce^(3+)的5d→4f跃迁在470 nm处产生蓝光发光峰,且随掺杂浓度增加发光峰强度先增大后减小并发生红移.第一性原理计算表明,Cu 3d态在价带顶上方产生受主能级,而Ce掺杂后使导带整体下移,光带隙减小,进而提高导电性.

关键词： Ce—Cu共掺杂SnO2 溶胶凝胶法光电特性第一性原理

VO_2/FTO复合薄膜的制备及其光电特性研究

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稀有金属材料与工程 2016年第6期45卷 1593-1599页

作者：郑鸿柱李毅陈少娟陈建坤袁文瑞孙瑶唐佳茵刘飞郝如龙方宝英肖寒王晓华上海理工大学上海200093 上海市现代光学系统重点实验室上海200093 上海电力学院上海200090

采用直流磁控溅射法在掺氟的SnO_2(FTO)导电玻璃衬底上沉积纯钒金属薄膜,再在常压氮氧混合气氛中退火制备VO_2/FTO复合热致变色薄膜,并对复合薄膜的结构、光学特性以及电学特性进行了测试分析。结果表明,薄膜结晶程度较高,表面平滑致密... 详细信息

采用直流磁控溅射法在掺氟的SnO_2(FTO)导电玻璃衬底上沉积纯钒金属薄膜,再在常压氮氧混合气氛中退火制备VO_2/FTO复合热致变色薄膜,并对复合薄膜的结构、光学特性以及电学特性进行了测试分析。结果表明,薄膜结晶程度较高,表面平滑致密,具有很好的一致性,导电玻璃上的FTO并没有改变VO_2择优取向生长,但明显改变了VO_2薄膜的表面形貌特征。与VO_2薄膜的典型相变温度68℃相比,VO_2/FTO复合薄膜的相变温度降低约20℃,热滞回线收窄到5℃,相变前后的红外透过率分别为45%和22%,相变前后电阻率的变化达3个数量级,VO_2/FTO复合薄膜优良的光电特性对新型光电薄膜器件的设计开发和应用具有重要意义。

关键词： VO2 FTO 氮氧混合热致变色光电特性

溶胶凝胶制备氧化钒薄膜的生长机理及光电特性

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物理学报 2013年第5期62卷 329-335页

作者：何琼许向东温粤江蒋亚东敖天宏樊泰君黄龙马春前孙自强电子科技大学光电信息学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054

采用溶胶凝胶法,在不同的退火温度下制备了不同的氧化钒薄膜.利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、高阻仪、紫外-可见分光光度计和傅里叶红外光谱仪等,对薄膜的形貌、晶态、电学和光学特性进行了分析.结果表明,溶胶凝胶法获取V2O5薄膜的... 详细信息

采用溶胶凝胶法,在不同的退火温度下制备了不同的氧化钒薄膜.利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、高阻仪、紫外-可见分光光度计和傅里叶红外光谱仪等,对薄膜的形貌、晶态、电学和光学特性进行了分析.结果表明,溶胶凝胶法获取V2O5薄膜的最佳退火温度为430℃,低于此温度不利于使有机溶剂充分分解,高于此温度则V—O键发生裂解、形成更多的低价态氧化钒.本文制备的氧化钒薄膜具有较高的电阻温度系数和光吸收率,适合应用在非制冷红外探测器中.本文揭示了溶胶凝胶法制备氧化钒薄膜的生长机理.

关键词：氧化钒薄膜溶胶凝胶光电特性生长机理

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Fe掺杂GaN光电特性的第一性原理研究

物理学报 2018年第10期67卷 163-170页

作者：贾婉丽周淼王馨梅纪卫莉西安理工大学理学院西安710048

基于密度泛函理论体系,计算了本征GaN材料和12.5%的Fe掺杂GaN体系的光电特性,分析了晶体结构、能带结构和电子态分布、介电函数、吸收系数、折射率、反射率、能量损失谱和消光系数,从理论上讨论了掺杂对体系光电特性的影响.计算所得理想... 详细信息

基于密度泛函理论体系,计算了本征GaN材料和12.5%的Fe掺杂GaN体系的光电特性,分析了晶体结构、能带结构和电子态分布、介电函数、吸收系数、折射率、反射率、能量损失谱和消光系数,从理论上讨论了掺杂对体系光电特性的影响.计算所得理想GaN的禁带宽度为3.41 eV,Fe的重掺杂体系明显变窄,为3.06 eV,但仍为直接带隙半导体.本征GaN材料与Fe掺杂GaN体系的静态介电常数为5.74和6.20,折射率为2.39和2.48,能量损失最大值在20.02 eV和18.96 eV,最大吸收系数能量均在13.80 eV左右.计算结果为Fe掺杂GaN高压光电导开关材料及器件的进一步研究提供了有力的理论依据和实验支持.

关键词： GaN晶体掺杂光电特性第一性原理

单壁碳纳米管膜及其三聚氰胺甲醛树脂复合材料的光电特性

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物理学报 2014年第10期63卷 315-320页

作者：李振武菏泽学院蒋震机电工程学院菏泽274015

单壁碳纳米管能够强烈吸收光线,尤其是在近红外区域,并能将光能转换成热能.同时,单壁碳纳米管还具有相当大的将热能转换成电能的能力.通过真空过滤方法,将由化学气相沉积生成的单壁碳纳米管阵列制备成单壁碳纳米管膜.根据研究的需要设... 详细信息

单壁碳纳米管能够强烈吸收光线,尤其是在近红外区域,并能将光能转换成热能.同时,单壁碳纳米管还具有相当大的将热能转换成电能的能力.通过真空过滤方法,将由化学气相沉积生成的单壁碳纳米管阵列制备成单壁碳纳米管膜.根据研究的需要设计了一个简单的单壁碳纳米管膜光伏性质测试实验装置,并在其两端成功地实现了由红外光转换为电压输出.通过功能化步骤,制备了单壁碳纳米管/三聚氰胺甲醛树脂复合材料膜,实验结果表明该复合材料能产生符号相反的输出电压.这预示着单壁碳纳米管及其三聚氰胺甲醛树脂复合材料在光电领域具有良好的应用前景.

关键词：单壁碳纳米管三聚氰胺甲醛树脂复合材料光电特性

空位缺陷对ZnNb_(2)O_(6)光电特性影响的第一性原理研究

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无机材料学报 2021年第3期36卷 269-276页

作者：闫宇星汪帆张珏璇李付绍曲靖师范学院化学与环境科学学院曲靖655011 曲靖师范学院教师与教育学院曲靖655011

铌酸盐类物质,如LiNbO_(3),KNbO_(3),LnNbO_(4)(Ln=Pr,La,Ga,Y)等,表现出优良的光敏特性,受到广泛关注,但过渡金属类铌酸盐研究较少,其光电特性与空位缺陷的关系尚无深入探讨。基于密度泛函理论第一性原理方法,本研究探讨了空位缺陷对Zn... 详细信息

铌酸盐类物质,如LiNbO_(3),KNbO_(3),LnNbO_(4)(Ln=Pr,La,Ga,Y)等,表现出优良的光敏特性,受到广泛关注,但过渡金属类铌酸盐研究较少,其光电特性与空位缺陷的关系尚无深入探讨。基于密度泛函理论第一性原理方法,本研究探讨了空位缺陷对ZnNb_(2)O_(6)体系光电特性的影响。通过对各体系几何结构、电子结构和光电谱的计算与分析,清晰展示了体系中原子电负性与几何位置对结构与电子能级的影响,八面体中心位置原子(如Zn,Nb)对能带的贡献类似,形成空位缺陷时,价带位置相对固定。但电负性大的Nb原子形成空位缺陷体系时,产生的晶格畸变程度大,导带负移明显,吸收边红移,有利于光电特性的提升;八面体顶点位置原子O形成空位缺陷时,晶格畸变程度较小,导带与价带均发生负移,费米面处出现杂质能级,造成载流子"俘获阱",同时对电荷的再分配产生较大影响,导致体系光谱整体蓝移,光电谱强度全面提升。

关键词： ZnNb_(2)O_(6) 空位缺陷光电特性第一性原理

钡作为掺杂元素调控铅基钙钛矿材料的毒性和光电特性

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物理学报 2019年第15期68卷 21-29页

作者：王雪婷付钰豪那广仁李红东张立军吉林大学超硬材料国家重点实验室和物理学院长春130012 吉林大学汽车材料教育部重点实验室和材料科学与工程学院长春130012

近年来,有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料(ABX3)由于具有优异的光电性质,受到了材料、能源等领域的广泛关注.但是,卤化物钙钛矿存在两个明显阻碍其商业化应用的问题:热稳定性差和含有有毒的铅(Pb)元素.相比于有机-无机杂化卤化物钙钛矿,... 详细信息

近年来,有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料(ABX3)由于具有优异的光电性质,受到了材料、能源等领域的广泛关注.但是,卤化物钙钛矿存在两个明显阻碍其商业化应用的问题:热稳定性差和含有有毒的铅(Pb)元素.相比于有机-无机杂化卤化物钙钛矿,全无机卤化物钙钛矿通常拥有更好的热稳定性.同时,采用一些无毒的元素部分替代B位的Pb,可以在保持优异光电特性的同时减小材料的毒性.本文结合无序合金结构搜索方法和第一性原理计算,系统研究了Ba掺杂CsPbX3 (X=Cl, Br, I)钙钛矿体系的热稳定性和光电特性.计算结果显示,只有在高Ba浓度时,可以在室温下形成无序固溶体.由于Ba和Pb的离子半径和电负性等物理化学性质存在显著差异,随着Ba掺杂浓度的增加,带隙和载流子有效质量都呈现上升趋势,且带隙具有很宽的调节范围.因此,我们预测高Ba掺杂浓度的CsPbX3 (X=Cl, Br, I)钙钛矿体系在短波段(如紫外或近紫外光)发光二极管或辐射探测器等领域具有潜在的应用价值.

关键词：含铅卤化物钙钛矿元素替换光电特性第一性原理计算