1 贵州师范大学物理与电子科学学院, 贵州 贵阳 550001
2 贵州大学大数据与信息工程学院, 贵州 贵阳 550025
采用磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备了结晶良好的Mg2Si多晶薄膜，研究了退火温度（375~475 oC）对薄膜晶体结构、表面形貌、拉曼光谱和光学性质的影响。X射线衍射（XRD）结果表明，当退火温度为400 oC时Mg2Si (220) 衍射峰强度最强，样品结晶质量最好，未见明显可观测的MgO相。扫描电镜（SEM）结果表明，所有样品表面均呈现清晰可见的规则六边形，且退火温度对形貌影响较小。拉曼光谱结果显示所有样品均呈现出Mg2Si薄膜的特征峰（256 cm-1附近的F2g振动模），同时出现345 cm-1附近的F1u (LO)声子模，表明生成样品均为结晶良好的Mg2Si薄膜。对薄膜光学性质的研究结果表明，随着退火温度升高，样品光学带隙先增大后减小。
材料 薄膜 Mg2Si 退火温度 蓝宝石衬底 光学带隙 material thin film Mg2Si annealing temperature sapphire substrate optical band gap
1 贵州师范大学物理与电子科学学院, 贵州 贵阳 550001
2 贵州大学大数据与信息工程学院, 贵州 贵阳 550025
以 Mg2Si 烧结靶为靶材, 采用磁控溅射法在Si、石英和 Al2O3 衬底上先沉积一层 Mg2Si 非晶薄膜, 再进行退火处理, 研究了衬底类型、退火温度及退火时间对 Mg2Si 多晶薄膜结构的影响。结果表明: Si、石英、Al2O3 三种衬底上 Mg2Si 薄膜的最优退火温度和退火时间均为 350 °C 和 1 h。Al2O3 衬底上的 Mg2Si 薄膜结晶质量最佳, Si 衬底上的薄膜次之, 石英衬底上的薄膜结晶质量最不理想, 分析表明这种差异主要源于衬底与薄膜之间的热失配不同。
材料 薄膜 退火温度 退火时间 衬底 materials thin film Mg2Si Mg2Si annealing temperature annealing time substrate
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
采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波法，计算未掺杂与P替换Si、C以及P间隙掺杂6H-SiC的电子结构与光学性质。结果显示未掺杂的6H-SiC是带隙为2.052 eV的间接带隙半导体，P替换Si、C掺杂以及P间隙掺杂6H-SiC带隙均减小，分别为1.787 eV、1.446 eV和0.075 eV，其中P间隙掺杂带隙减小幅度最大。P替换掺杂6H-SiC使得费米能级向导带移动并插入导带中，呈n型半导体。P间隙掺杂价带中的一条能级跨入费米能级，因此在禁带中出现一条P 3p杂质能级，P间隙掺杂6H-SiC转为p型半导体。替换与间隙掺杂使得6H-SiC的介电函数实部增大，介电函数虚部、吸收光谱、反射光谱与光电导率红移，其中P间隙掺杂效果最佳。通过P掺杂材料的电导率增强，对红外波段的利用率明显提高，为6H-SiC在红外光电性能方面的应用提供有效的理论依据。
间隙掺杂 带隙 介电函数 第一原理 电子结构 光学性质 gap doping 6H-SiC 6H-SiC band gap dielectric function first-principle electronic structure optical property
1 遵义师范学院物理与电子科学学院, 遵义 563006
2 贵州大学大数据与信息工程学院, 贵阳 550025
采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法对纯AlN、(La,Y)单掺杂以及La-Y共掺杂AlN 超胞进行几何结构优化,计算了稀土元素(La,Y)掺杂前后体系的能带结构、态密度和光学性质。结果表明:未掺杂的AlN是直接带隙半导体, 带隙值为Eg=4.237 eV, 在费米能级附近, 态密度主要由Al-3p、N-2s电子轨道贡献电子, 光吸收概率大, 能量损失较大；掺杂后使得能带结构性质改变, 带隙值降低, 能带曲线变密集,总态密度整体下移；在光学性质中, 稀土元素掺杂后均提高了静态介电常数、光吸收性能, 增强了折射率和反射率, 减小了电子吸收光子概率及能量损失；其中La-Y共掺体系变化得较为明显。
电子结构 光学性质 第一性原理 (La,Y)掺杂AlN electronic structure optical property first-principle (La,Y) doped with AlN
1 贵州师范大学物理与电子科学学院，贵阳 550001
2 贵州大学大数据与信息工程学院，贵阳 550025
采用射频磁控溅射在蓝宝石衬底上制备了Mg2Si纳米晶薄膜，研究了Mg2Si烧结靶溅射功率(90~140 W)及溅射时间(10~60 min)对Mg2Si薄膜的结构和电阻率的影响。结果表明: 随着溅射功率增加，样品的XRD衍射峰逐渐增强; 但当功率超过100 W时，样品中出现了偏析出来的单质Mg。随着溅射时间增加，样品的XRD强度先增强后减弱，溅射时间为40 min时，样品的XRD衍射峰最强; 继续增加溅射时间，样品中出现微弱的MgO衍射峰。所有样品均呈现出Mg2Si晶体的特征拉曼峰，即256 cm-1附近的F2g模及347 cm-1附近的F1u(LO)模。随着溅射功率增加，样品的电阻率减小; 随着溅射时间增加，样品的电阻率先减小后增大，溅射时间为40 min时，样品的电阻率最小。
薄膜 射频磁控溅射 溅射功率 溅射时间 电阻率 Mg2Si Mg2Si thin film RF magnetron sputtering sputtering power sputtering time resistivity
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
采用第一性原理方法，对本征Mg2Si以及K和Ti掺杂Mg2Si的几何结构、电子结构和光学性质进行计算分析。计算结果表明本征Mg2Si是带隙值为0.290 eV的间接带隙半导体材料，K掺杂Mg2Si后，Mg2Si为p型半导体,电子跃迁方式由间接跃迁变为直接跃迁，Ti掺杂Mg2Si后，Mg2Si为n型半导体,仍然是间接带隙。K、Ti掺杂后的静介电常数ε1(0)从20.52分别增大到53.55、69.25,使得掺杂体系对电荷的束缚能力增强。掺杂后，吸收谱和光电导率均发生红移现象，这有效扩大了对可见光的吸收范围，此外可见光区的吸收系数、反射系数以及光电导率都减小，导致透射能力增强，明显改善了Mg2Si的光学性质。
第一性原理 掺杂 电子结构 光学性质 Mg2Si Mg2Si first-principle doping electronic structure optical property
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
采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法对Sc、Ce单掺和共掺后CrSi2的几何结构、电子结构、复介电函数、吸收系数和光电导率进行了计算。结果表明：Sc、Ce掺杂CrSi2的晶格常数增大，带隙变小。本征CrSi2的带隙为0.386 eV，Sc、Ce单掺及共掺CrSi2的禁带宽度分别减小至0.245 eV、0.232 eV、0.198 eV，费米能级均向低能区移动进入价带。由于Sc的3d态电子和Ce的4f态电子的影响，Sc、Ce掺杂的CrSi2在导带下方出现了杂质能级。掺杂后的CrSi2介电函数虚部第一介电峰峰值增加且向低能方向移动，说明Sc、Ce掺杂使得CrSi2在低能区的光跃迁强度增强，Sc-Ce共掺时更明显。Sc、Ce掺杂的CrSi2吸收边在低能方向发生红移，在能量大于21.6 eV特别是在位于31.3 eV的较高能量附近，本征CrSi2几乎不吸收光子，Sc单掺和Sc-Ce共掺CrSi2吸收光子的能力有所增强，并在E=31.3 eV附近形成了第二吸收峰。说明掺杂Sc、Ce改善了CrSi2对红外和较高能区光子的吸收。在小于3.91 eV的低能区掺杂后的CrSi2光电导率增加。在20.01 eV
第一性原理 掺杂 电子结构 光学性质 first-principle CrSi2 CrSi2 doping electronic structure optical property
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
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0.810 eV的间接带隙半导体材料，P掺杂Mn4Si7的带隙值增大为0.839 eV，As掺杂Mn4Si7的带隙值减小为0.752 eV。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8 eV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。
第一性原理 掺杂 能带结构 态密度 光学性质 first-principle Mn4Si7 Mn4Si7 doping band structure density of state optical property
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, 贵州 贵阳 550025
采用wxAMPS软件模拟了GaN/Si单异质结太阳电池,研究了电池各层掺杂浓度、厚度及温度对电池开路电压(VOC)、短路电流密度(JSC)、填充因子(F)和光电转换效率的影响。模拟结果表明,随着Si层受主浓度的增大,JSC减小,VOC、F和转换效率均增大。当GaN掺杂浓度为5×10 18 cm -3、Si掺杂浓度为5×10 19 cm -3时,Si层厚度为16 μm的超薄电池的转换效率可达到16.91%。随着Si层厚度的增加,VOC、JSC、F和转换效率均增大。GaN层厚度为0.005 μm、Si层厚度为100 μm时,转换效率可达到24.58%。研究结果表明,当GaN/Si单异质结太阳电池的厚度为目前最高效硅基太阳电池厚度的60%时,前者的效率达到后者的92%。研究结果有助于制备高效的GaN/Si单异质结太阳电池。
材料 晶体硅太阳电池 wxAMPS软件 GaN/Si单异质结 转换效率 光学学报
2020, 40(24): 2416001
1 贵州大学大数据与信息工程学院,贵阳 550025
2 贵州大学新型光电子材料与技术研究所,贵阳 550025
采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法, 计算了Mn4Si7及Mo掺杂Mn4Si7的电子结构和光学性质。计算结果表明Mn4Si7的禁带宽度Eg=0.804 eV, Mo掺杂Mn4Si7的禁带宽度Eg=0.636 eV。掺杂使得 Mn4Si7费米面附近的电子结构发生改变, 导带底由Γ点转移为Y 点向低能方向下偏移, 价带顶向高能方 向上偏移, 带隙变窄。计算还表明Mo掺杂 Mn4Si7使介电函数、折射率、吸收系数及光电导率等光学性质增加。
第一性原理 电子结构 光学性质 first principle Mn4Si7 Mn4Si7 electronic structure optical property
