Si基体中掺杂B,P的第一性原理研究
Si基体中掺杂B,P的第一性原理研究

Si基体中掺杂B,P的第一性原理研究摘要:B和P是太阳能级多晶硅中的主要非金属杂质。
本文利用第一性原理计算方法,基于V ASP软件计算Si晶体中依次掺杂B、P原子,不同掺杂原子个数时Si晶体的自由能、结合能以及态密度。
通过相同的掺杂原子数时,不同掺杂位置时Si晶体自由能、结合能的具体数值来找到Si晶体掺杂B、P原子的具体过程。
计算结果表明,由于无论怎样掺入P,其形成能均为正数,故掺杂P 时无法通过直接替换Si原子的方法进行掺杂。
由于向Si中掺入B时其形成能始终为负数,即体系的总能量均升高,故向Si基体中直接替换B原子的掺杂方法是可行的,并找到了具体的掺杂过程。
一、计算方法基于密度泛函理论的第一性原理计算已经在各种材料计算中得到广泛的应用。
本文基于V ASP软件计算了在赝势条件下Si晶体中依次掺杂B、P原子数,不同掺杂原子个数时Si晶体的自由能、结合能以及态密度。
通过相同的掺杂原子数时,不同掺杂位置时Si晶体自由能、结合能的具体数值来找到最稳定的掺杂形态找到Si晶体掺杂B、P原子的具体过程。
二、计算过程A 1 B1A首先讨论无掺杂原子的情况此时V ASP给出free energy TOTEN为-346.99134eV,形成能则为0eV。
MS 软件给出的晶格图为A1B掺杂一个原子掺杂一个B或P原子时,杂质原子所在位置均等效。
在MS上任选一点即可,算出掺杂B时free energy TOTEN为-347.45804eV,形成能为-0.4667eV;掺杂P时free energy TOTEN为-346.78050eV,形成能为0.21084eV。
MS软件给出的晶格图为B1。
C掺杂两个原子当掺杂两个B或P原子时,杂质原子的位置则会出现几种不同的情况,下面进行分情况讨论。
C 1 C 2 C3如图C1,由V ASP算得掺杂B时free energy TOTEN为-347.412888eV,形成能为-0.421548eV;掺杂P时free energy TOTEN为-346.353895eV,形成能为0.637445eV。
Si原子在CeO2(111)表面吸附与迁移的第一性原理研究

Si原子在CeO2(111)表面吸附与迁移的第一性原理研究贾慧灵;任保根;刘学杰;贾延琨;李梅;吴锦绣【摘要】为探究Si原子在CeO2(111)表面吸附的微观行为,采用第一性原理的方法研究了Si原子在CeO2(111)表面的吸附作用、电子结构和迁移过程,计算了Si 原子在CeO2(111)表面的吸附能,最稳定及次稳定吸附位置的电子态密度与电荷密度分布、迁移激活能.计算结果表明:Si原子最易吸附于基底表层的O原子上,其中O桥位(Obri)吸附作用最强,O顶位(Ot)和O三度位(Oh)吸附强度次之.Si原子仅对其最邻近的表层O原子结构影响较大,这与Si原子及其最邻近的O原子间电荷密度重叠程度增强的结果一致.Si原子最易围绕着Ot位从Obri位向Oh位迁移,迁移所需激活能为0.849 eV.【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2018(052)007【总页数】8页(P1214-1221)【关键词】Si;CeO2;吸附;电子结构;迁移【作者】贾慧灵;任保根;刘学杰;贾延琨;李梅;吴锦绣【作者单位】内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头 014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】O781CeO2是一种具有立方萤石结构的稀土金属氧化物,因其具有抛光效率高和抛光表面清洁等特点,在化学机械抛光领域得到普遍应用[1-3]。
传统CeO2的抛光效果已不能满足超精密抛光的需求,Si元素掺杂铈基抛光粉改变了颗粒形貌及团聚状态等性能,具有更好的抛光特性而备受关注。
Lee等[4]和Sun等[5]的实验表明,SiO2-CeO2表面积增大、抛光率高。
柴明霞等[6]采用氨水沉淀法制备了CeO2-SiO2复合物,结果表明,随着SiO2掺杂量的增加,复合氧化物表面积、团聚颗粒粒度和分散度增大。
Si中B元素的室温扩散与吸杂现象研究

硅中硼元素的室温扩散与吸杂现象研究谢兮兮导师:秦国刚2015.6Diffusion and Gettering of B Elements in Si at Room TemperatureByXixi XieDirected ByProf.Guogang QinSchool of Physics,Peking UniversityJun.2015摘要半导体材料是制造电子设备不可或缺的材料,在当下的信息化社会里占据尤为重要的地位。
半导体中掺入微量的杂质元素,就会对半导体的物理和化学性质产生决定性影响。
硼元素是半导体中的重要受主杂质,在硅中主要以代位形式存在。
传统改变掺杂在硅中硼的方法是,在高温下通过提高代位硼扩散系数来实现。
本文探讨在室温的条件下,使用高密度等离子体刻蚀机处理硅样品,以实现硼的快速扩散和吸杂,并尝试提出解释的吸杂机制。
关键词:半导体硼元素扩散室温吸杂AbstractSemiconnductor material is fundamental for manufacturing electronic equipment and the development of the information society.The impurity elements which are adulterated in Silicon have an important impact on the physical and chemical properties of semiconductor material.The most common acceptor impurity element, Boron,exists in the form of substitutional impurity.The traditional method of altering Boron element in Silicon is to reach a high temperature.The article will focus on how to alter the Boron element at room temperature with ICP,and give a proper explanation.Keywords:seimiconductor,diffusion of Boron,gettering at room temperature目录第一章引言 (1)第二章硅中浅能级杂质和实验相关设备原理介绍 (2)2.1浅能级杂质的存在方式与基本属性 (2)2.2硅中B、P、As等杂质的扩散与高温吸杂 (4)2.2.1杂质扩散 (4)2.2.2高温吸杂 (6)2.3高密度等离子体刻蚀机运行原理与离子注入简介 (7)2.3.1高密度等离子体刻蚀机 (7)2.3.2离子注入 (8)第三章ICP刻蚀下硅中硼的室温扩散与吸杂机制 (11)3.1实验方法 (11)3.2实验数据与结论 (11)3.3讨论与机制猜测 (14)第四章结论与展望 (20)第一章引言自然界分导体、绝缘体和半导体三类。
基于第一性原理的Ⅳ主族新型半导体材料的物性研究

基于第一性原理的Ⅳ主族新型半导体材料的物性研究基于第一性原理的Ⅳ主族新型半导体材料的物性研究引言随着信息技术的迅猛发展,对新型半导体材料的需求不断增加。
作为半导体行业的关键材料之一,Ⅳ主族元素如碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)和石墨烯等材料成为集电子学、光电子学和能源转换等领域的研究热点。
对于这些Ⅳ主族新型半导体材料的物性研究,基于第一性原理方法成为当前最为有效的研究手段之一。
本文将详细介绍基于第一性原理的Ⅳ主族新型半导体材料的物性研究进展,并展望其未来的应用前景。
第一性原理方法简介第一性原理方法是一种基于量子力学原理的计算方法,可以从头计算得到材料的电子结构和物理性质。
该方法的关键在于解Schrödinger方程,通过求解该方程中的电子波函数和能量本征值,可以得到电子态密度、带结构、能带间隙、晶格振动等与材料物性相关的信息。
第一性原理方法通过基于密度泛函理论(DFT)的计算模拟,成为探索新型半导体材料的物性的重要方法。
Ⅳ主族新型半导体材料的物性研究进展1. C材料碳材料以其特殊的化学成分和物理性质成为研究的焦点之一。
基于第一性原理的研究表明,碳材料可以具有多种不同结构和性质。
例如,石墨烯具有优异的电导率和热传导率,可用于高性能电子器件的制备。
纳米碳管具有较高的力学强度和导电性,广泛应用于纳米器件和催化剂。
此外,纳米碳材料也显示出优异的光学和电化学性能。
2. Si材料硅是最常用的半导体材料,其电子学性能以及与其他材料的界面特性一直是研究的焦点。
通过第一性原理方法的研究,可以揭示硅材料的带隙、晶格振动、界面能带对齐等物性信息,为其在电子学领域的应用提供理论指导。
此外,通过对硅材料的掺杂和合金化等调控方法,可以进一步提高其电子传输性能,拓宽其应用领域。
3. 其他Ⅳ主族材料除了碳和硅,锗和锡等Ⅳ主族材料也受到广泛关注。
基于第一性原理方法的研究表明,锗材料具有优异的光学和电子学性能,在光电子器件和能源转换等领域具有潜在应用。
Sn掺杂BaTiO+3压电特性的第一性原理研究

代号分类号学号密级10701TN3 公开1028121725题(中、英文)目Sn掺杂BaTiO3压电特性的第一性原理研究First-Principles study of the piezoelectriccharacteristicsof Sn-doped BaTiO3作者姓名李金明指导教师姓名、职务施建章副教授学科门类工学提交论文日期二○一三年一月学科、专业材料学西安电子科技大学学位论文创新性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切的法律责任。
本人签名:日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。
学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。
同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。
(保密的论文在解密后遵守此规定)本学位论文属于保密,在年解密后适用本授权书。
本人签名:日期导师签名:日期Sn掺杂BaTiO压电特性的第一性原理研究3摘要摘要压电陶瓷是一类重要的功能材料,随着环境协调性发展的需要,开发新型无铅压电铁电陶瓷,成为一项紧迫且具有重大实用意义的课题。
无铅压电陶瓷的主要性能与铅基压电陶瓷相比还存在较大的差距,因此要获得与PZT基压电陶瓷性能相近的无铅体系,还需要进行大量深层次的研究工作。
SiC材料P型掺杂的第一性原理研究的开题报告

SiC材料P型掺杂的第一性原理研究的开题报告一、研究背景SiC材料是一种具有广阔应用前景的半导体材料,其具有高硬度、高热稳定性、高电子迁移率等特点,是目前用于高功率、高频率器件制作的材料之一。
P型掺杂在SiC材料中是非常重要的一项技术,其可以用于制备p-n结、MOSFET器件等。
目前对SiC材料P型掺杂的研究主要集中在实验测量、理论分析等方面,但是由于传统实验方法的限制,不同条件下实验测量结果存在一定的误差,而理论分析方法并不能完全解释P 型掺杂过程的内在机制。
因此,开发一种新的理论分析方法,深入研究SiC材料P型掺杂机制,对于指导实验设计和优化器件性能等方面具有重要意义。
二、研究内容本研究拟采用第一性原理计算方法,通过VASP软件对SiC材料P型掺杂机制进行深入研究。
具体研究内容如下:1.构建SiC晶体结构模型,并确定计算的方法。
2.优化晶格结构,计算晶体的基本物理性质,如晶格常数、能带结构等。
3.确定P型杂质原子的掺杂位置及浓度,并计算其电子结构、轨道分布等信息。
4.分析杂质原子掺入后,晶体的电子结构和能带结构的变化,并评估其导电性能与光学性能。
三、研究意义1.通过第一性原理计算方法研究SiC材料P型掺杂过程的内在机制,对指导实验设计和优化器件性能等方面具有重要意义。
2.深入研究SiC晶体的基本物理性质,可为SiC材料的相关应用提供更加准确的理论基础。
3.对推动半导体材料在电力电子、微电子学等高科技领域的应用,具有积极意义。
四、研究方法本研究采用第一性原理计算方法,通过VASP软件对SiC材料P型掺杂机制进行研究。
五、论文结构安排第一章:绪论1.1 研究背景与意义1.2 国内外研究现状1.3 研究内容及方法第二章:基础理论知识2.1 半导体材料的基本理论知识2.2 SiC材料的基本性质2.3 第一性原理计算方法的基本原理第三章:SiC材料P型掺杂的第一性原理计算3.1 SiC材料的建模和计算方法3.2 杂质原子掺入SiC晶体后的电子结构分析3.3 杂质原子掺入SiC晶体后的导电性能和光学性能分析第四章:结论4.1 研究结果及分析4.2 研究成果的意义与展望参考文献。
Si掺杂InN的电子结构和光学性质的第一性原理计算

2. 2 态密度分析 图 3是不同比例 Si掺杂 InN 的 总态密度变化对比情况. 由图可见 , Si掺杂后总态 密 度 下 价 带 的 峰 值 变 小. Si 掺 杂 比 例 为 0%、 6. 25%、12. 5%和 25%的下价带的最高峰分别位于
- 13. 22、- 14. 98、- 15. 16 和 - 15. 44 eV. 从总态 密度的变化能够看出 , Si掺杂后 InN 的电子趋于占 据低能级 ,而且掺杂比例越高趋势越明显 ,这与能 带结构所反映的趋势一致. 来自 In (4d)和 N (2 s)轨
1 理论模型和计算方法
计算采用基于密度泛函理论框架下的第一性 原理平面波超软赝势 ( PW P)方法 ,电子的交换关联 能用广义梯度近似 ( GGA )描述 [ 10211 ]. 构建的模型为 32原子的 2 ×2 ×2的纤锌矿结构超原胞 (如图 1) , 在各个方向上的原子数都是基本单原胞原子个数 的两倍 ,晶格常数采用实验数据 a = 0. 353 nm , c = 0. 569 nm , u = 0. 038 nm[ 12 ] ,属于 P63mc空间群. 在 超原胞中掺入不同比例的 Si,并取代 In的位置 ,但 并不改变晶体结构 ,原胞建立起来之后我们对其进 行优化. 最后 ,基于优化好的超晶胞 ,我们计算了它 们的带隙 、能带结构以及光学性质. 参与计算的价 态电子为 : N ( 2 s2 2p3 ) 、Si ( 3 s2 3p2 ) 、In ( 4d10 5 s2 5p1 ) ,
收稿日期 : 2008 - 05 - 01 基金项目 :四川省应用基础研究基金 (2006J132052)资助项目 3 联系作者简介 :徐 明 (19692) ,男 ,教授 ,主要从事凝聚态物理的研究
P和As掺杂Mn_(4)Si_(7)第一性原理计算

第50卷第2期2021年2月人 工 晶 体 学 报JOURNALOFSYNTHETICCRYSTALSVol.50 No.2February,2021P和As掺杂Mn4Si7第一性原理计算钟 义,张晋敏,王 立,贺 腾,肖清泉,谢 泉(贵州大学大数据与信息工程学院,新型光电子材料与技术研究所,贵阳 550025)摘要:采用第一性原理计算方法,对本征Mn4Si7以及P和As掺杂的Mn4Si7的电子结构和光学性质进行计算解析。
计算结果表明本征Mn4Si7是带隙值为0.810eV的间接带隙半导体材料,P掺杂Mn4Si7的带隙值增大为0.839eV,As掺杂Mn4Si7的带隙值减小为0.752eV。
掺杂使得Mn4Si7的能带结构和态密度向低能方向移动,同时使得介电函数的实数部分在低能区明显增大,虚数部分几乎全部区域增加且8eV以后趋向于零。
此外掺杂还增加了高能区的消光系数、吸收系数、反射系数以及光电导率,明显改善了Mn4Si7的光学性质。
关键词:第一性原理;Mn4Si7;掺杂;能带结构;态密度;光学性质中图分类号:O469 文献标志码:A 文章编号:1000 985X(2021)02 0273 05First PrinciplesCalculationsofPandAsDopedMn4Si7ZHONGYi,ZHANGJinmin,WANGLi,HETeng,XIAOQingquan,XIEQuan(InstituteofNewOptoelectronicMaterialsandTechnology,CollegeofBigDataandInformationEngineering,GuizhouUniversity,Guiyang550025,China)Abstract:TheelectronicstructureandopticalpropertiesofintrinsicandP,AsdopedMn4Si7werecalculatedwiththefisrt principlescalculationmethod.TheresultshowsthattheintrinsicMn4Si7isanindirectsemiconductormaterialwithagapof0.810eV,thePdopedMn4Si7bandgapincreasesto0.839eV,andtheAsdopedMn4Si7bandgapdecreasesto0.752eV.Dopingcausesashifttothelowenergyregion,andcausesanincreaseoftherealpartofdielectricfunctionnotablyinthelowenergyregionandanincreaseoftheimaginarypartinalmostallregion,imaginarypartdecreasestozeroafter8eV.Besides,dopingobviouslyincreasestheextinctioncoefficient,absorptioncoefficientreflectioncoefficientandphotoconductivityinthehighenergyregion,andimprovestheopticalpropertiesoftheMn4Si7.Keywords:first principle;Mn4Si7;doping;bandstructure;densityofstate;opticalproperty 收稿日期:2020 11 26 基金项目:国家自然科学基金(61264004);贵州省科学技术基金(黔科合基础[2018]1028);贵州大学研究生重点课程(贵大研[2015]026);贵州省高层次创新型人才培养项目(黔科合人才[2015]4015);贵州省留学回国人员科技活动择优资助项目(黔人项目资助合同[2018]09) 作者简介:钟 义(1994—),男,湖南省人,硕士研究生。
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Si基体中掺杂B,P的第一性原理研究
摘要:B和P是太阳能级多晶硅中的主要非金属杂质。
本文利用第一性原理计算方法,基于V ASP软件计算Si晶体中依次掺杂B、P原子,不同掺杂原子个数时Si晶体的自由能、结合能以及态密度。
通过相同的掺杂原子数时,不同掺杂位置时Si晶体自由能、结合能的具体数值来找到Si晶体掺杂B、P原子的具体过程。
计算结果表明,由于无论怎样掺入P,其形成能均为正数,故掺杂P 时无法通过直接替换Si原子的方法进行掺杂。
由于向Si中掺入B时其形成能始终为负数,即体系的总能量均升高,故向Si基体中直接替换B原子的掺杂方法是可行的,并找到了具体的掺杂过程。
一、计算方法
基于密度泛函理论的第一性原理计算已经在各种材料计算中得到广泛的应用。
本文基于V ASP软件计算了在赝势条件下Si晶体中依次掺杂B、P原子数,不同掺杂原子个数时Si晶体的自由能、结合能以及态密度。
通过相同的掺杂原子数时,不同掺杂位置时Si晶体自由能、结合能的具体数值来找到最稳定的掺杂形态找到Si晶体掺杂B、P原子的具体过程。
二、计算过程
A 1 B1
A首先讨论无掺杂原子的情况
此时V ASP给出free energy TOTEN为-346.99134eV,形成能则为0eV。
MS 软件给出的晶格图为A1
B掺杂一个原子
掺杂一个B或P原子时,杂质原子所在位置均等效。
在MS上任选一点即可,算出掺杂B时free energy TOTEN为-347.45804eV,形成能为-0.4667eV;掺杂P时free energy TOTEN为-346.78050eV,形成能为0.21084eV。
MS软件给出的晶格图为B1。
C掺杂两个原子
当掺杂两个B或P原子时,杂质原子的位置则会出现几种不同的情况,下面进行分情况讨论。
C 1 C 2 C3
如图C1,由V ASP算得掺杂B时free energy TOTEN为-347.412888eV,形成能为-0.421548eV;掺杂P时free energy TOTEN为-346.353895eV,形成能为0.637445eV。
如图C2,由V ASP算得掺杂B时free energy TOTEN为-347.920743eV,形成能为-0.929403eV;掺杂P时free energy TOTEN为-346.484889eV,形成能为0.506451eV。
如图C3,此时由V ASP算得掺杂B时free energy TOTEN为-348.059883eV,形成能为-1.068543eV;掺杂P时free energy TOTEN为-346.538671eV,形成能为0.452669eV。
D掺杂三个原子
当掺杂三个B或P原子时,杂质原子的位置则会出现几种不同的情况。
D 1 D2
如图D1,由V ASP算得掺杂B时free energy TOTEN为-347.042041eV,形成能为-0.050701eV;而掺杂P时free energy TOTEN为-345.82922eV,形成能为1.16212eV。
如图D2,由V ASP算得掺杂B时free energy TOTEN为-347.677310eV,形成能为-0.68597eV;掺杂P时free energy TOTEN为-346.08004eV,形成能为0.91130eV。
E掺杂四个原子
E 1 E2 E3
如图E1,由V ASP算得掺杂B时free energy TOTEN为-346.636095eV,形成能为0.355245eV;而掺杂P时free energy TOTEN为-345.515436eV,形成能为1.475904eV。
如图E2 ,由V ASP算得掺杂B时free energy TOTEN为-347.145871eV,形成能为-0.154531eV;掺杂P时free energy TOTEN为-345.468484eV,形成能为1.522856eV。
如图E3,由V ASP算得掺杂B时free energy TOTEN为-346.470160eV,形成能为0.52118eV;掺杂P时free energy TOTEN为-345.394398eV,形成能为1.596942eV。
F掺杂五个原子
F 1 F2 F3
如图E1,由V ASP算得掺杂B时free energy TOTEN为-346.087825eV,形成能为0.903515eV;掺杂P时free energy TOTEN为-344.943658eV,形成能为2.047682eV。
如图E2,掺杂B时free energy TOTEN为-347.337625eV,形成能为-0.346285eV;掺杂P时free energy TOTEN为-345.204567eV,形成能为1.786773eV。
如图E3,掺杂B时free energy TOTEN为-346.491222eV,形成能为0.500118eV;掺杂P时free energy TOTEN为-345.077092eV,形成能为1.914248eV。
G掺杂六个原子
G 1 G2 G3
如图G1,由V ASP算得掺杂B时free energy TOTEN为-344.926872eV,形成能为2.064468eV;掺杂P时free energy TOTEN为-344.078754eV,形成能为2.912586eV。
如图G2,由V ASP算得掺杂B时free energy TOTEN为-346.986191eV,形成能为0.005149eV;掺杂P时free energy TOTEN为-344.756896eV,形成能为2.234444eV。
如图G3,由V ASP算得掺杂B时free energy TOTEN为-347.218160eV,形成能为-0.22682eV;掺杂P时free energy TOTEN为-344.614332eV,形成能为2.377008eV。