【摘 要】
:
氧化镓(β-Ga2O3)因其本身良好的稳定性、超宽带隙(4.9 eV)和优良的物理化学特性广泛应用于光电器件、气敏传感器、能源催化、以及日盲型紫外探测器等。掺杂可以调控Ga2O3的电子结构和物理化学性质,从而拓宽其应用领域。此外,由于共掺杂缺陷间存在相互作用,可以打破原本单一掺杂中溶解度的限制,减小跃迁能级,从而提升材料导电性。因此,寻找合适的掺杂剂并探寻最有效的掺杂方式是获得高性能Ga2O3的关
论文部分内容阅读
氧化镓(β-Ga2O3)因其本身良好的稳定性、超宽带隙(4.9 eV)和优良的物理化学特性广泛应用于光电器件、气敏传感器、能源催化、以及日盲型紫外探测器等。掺杂可以调控Ga2O3的电子结构和物理化学性质,从而拓宽其应用领域。此外,由于共掺杂缺陷间存在相互作用,可以打破原本单一掺杂中溶解度的限制,减小跃迁能级,从而提升材料导电性。因此,寻找合适的掺杂剂并探寻最有效的掺杂方式是获得高性能Ga2O3的关键所在。第一性原理计算可以在较低成本下筛选合适的掺杂剂,调控材料的电学性质,揭示优异性能的起源。本文基于第一性原理计算探讨了共掺杂调控含有不同本征缺陷(氧空位或镓空位)Ga2O3的光学和电学性质;探索了获得高导电性p型Ga2O3的有效掺杂方式。本研究对实验研究工作者研发高性能Ga2O3提供了理论基础。本文的主要研究内容和结论如下:1、共掺杂实现Ga2O3高透明性和导电性的理论探索。Ga2O3在合成过程中不可避免地会产生氧空位(VO)。一方面,氧空位作为施主缺陷为Ga2O3提供n型载流子。另一方面,氧空位所产生的缺陷能级会降低Ga2O3在可见光范围内的透明度。如何实现Ga2O3导电性和透明性的统一对实际应用十分重要。本工作提出铝(Al)和铟(In)共掺杂含有VO的Ga2O3(AlGa-InGa-VO)不仅可以实现Ga2O3的高透明度,而且还可以保留VO所提供的载流子。计算结果表明,AlGa-VO无法消除Vo吸收峰,而InGa-VO可以。然而,InGa-VO的缺陷形成能高于AlGa-VO。值得强调的是,AlGa-InGa-VO不仅降低了缺陷形成能,还保持了完美Ga2O3的透明度。这主要源于In 4d和O 2p轨道之间的杂化诱导杂质能级移动,拓宽光学带隙。2、共掺杂活化Ga2O3中镓空位(VGa)的空穴导电能力。镓空位(VGa)作为Ga2O3的p型本征缺陷引起了人们的关注。然而,VGa因其本身形成能高,跃迁能级深等问题,无法为Ga2O3提供高浓度的p型载流子。如果通过共掺杂可以促进VGa的缺陷形成能降低和跃迁能级变浅,将为p型高导电能力Ga2O3的研发提供新思路。本工作聚焦N或F单掺杂及N和F共掺杂对含有VGa的Ga2O3导电能力的影响。计算结果表明,在富Ga条件下,N/F单一掺杂或N-F共掺杂均可以降低复合缺陷的形成能,而在少Ga条件下则相反。在VGa-NO中,N的引入可以促使VGa的跃迁能级变浅,从而激活VGa所提供的空穴。此外,相较于VGa-NO,VGa-NO-FO具有更低的缺陷形成能。由此,N-F共掺杂可以提升VGa的缺陷浓度。值得注意的是,增大N-F共掺杂中N的含量,可以进一步降低缺陷形成能,然而对跃迁能级的调控非常有限。本工作通过对比和结合双极性掺杂剂(N/F),详细地探讨了不同掺杂方式对含有VGa的Ga2O3导电性质的调控,为实验提升VGa浓度提供了有效策略。3、理论探索共掺杂方式提升Ga2O3的p型导电能力。具有高导电能力的p型Ga2O3的缺乏一直是制约双极性光电设备发展的瓶颈。虽然氮(N)是氧化物中常见的p型掺杂剂,但N掺杂所产生的深受主能级会抑制其导电能力,对Ga2O3亦是如此。本工作提出了Al-N和In-N共掺杂是实现高导电性p型Ga2O3的有效方式。计算结果表明,Al-N共掺杂Ga2O3的缺陷形成能与跃迁能级均低于N掺杂,主要归因于Al自身具有较小的离子半径和Al掺杂后使N 2p态在费米能级附近贡献增多。In的引入会进一步增强N 2p态在费米能级位置的贡献,由此In-N共掺杂具有更浅的跃迁能级。更有意思的是,增加共掺杂剂中N的掺杂含量,可以有效地降低缺陷形成能和跃迁能级,从而在很大程度上提升Ga2O3的p型载流子浓度。本工作所提出的等价元素与N共掺杂方式有望成为提升氧化物p型导电能力的途径。
其他文献
随着材料、检测设备和仿真软件的发展,冰雪摩擦的研究有了进一步的突破.冰和雪都拥有独特的摩擦特性,它们的微观结构、表面薄层和测试方法一直都是科学研究的重点.本文作者综述了关于冰雪与不同固体材料表面之间的摩擦学特性,简要介绍了冰雪微观形态、物态变化以及更深层次地从微观和纳观层面研究冰雪摩擦机理;重点介绍现有国内外在室内与室外进行冰雪摩擦测试的方法和测试装置的差异及影响,并结合减摩特性的摩擦机理研究在运
中国校本教研的发展虽然受欧美流行的"校本运动"的影响,但主要动因来自我国中小学教研制度的改进和"新课程"改革的需要。中国校本教研演进过程中有三个关键事件:一是2002年底的昆山会议,会议明确提出了校本教研的三个基本要素,即自我反思、同伴互助和专业引领;二是2003年初在北京举办的"建立以校为本的教学研究制度"培训班;三是始于2004年的"创建以校为本教研制度建设基地"项目。2003年之后,校本教研
目的 探讨硬性支气管镜联合纤维支气管镜在小儿肺段(及其亚段)支气管异物治疗中的应用价值。方法 回顾性分析42例肺段(III级及其亚段)支气管异物患者的临床资料,应用硬性支气管镜联合纤维支气管镜治疗,总结临床转归。结果 42例患者均成功取出异物,术中无窒息、大出血及气胸等并发症,手术时间平均为(15±3)min,术后顺利复苏转普通病房,5例术后出现轻度声嘶,无呼吸困难。结论 硬性支气管镜联合纤维支气
采用LDF 4000-100型半导体激光器对40Cr钢齿条齿面进行了淬火处理研究。结果表明:在矩形光斑17 mm×5 mm、激光头到淬火齿面中心距离375 mm、激光束入射齿面夹角75°下,选取最优参数激光加热温度1400℃、扫描速率10 mm/s时,齿面的淬硬层深度均匀,可达到1.2 mm,淬硬层组织为细小、弥散马氏体,表层组织硬度最高可达到750 HV0.2,并在工业化试生产中取得了较好应用效
近日,教育部公布了对十三届全国人大四次会议第8297号建议的答复。针对"加强幼小科学衔接"的建议,教育部答复,2022年秋季学期开始,各省(区、市)全面推行入学准备和入学适应教育。在部署实施幼小衔接试点工作方面,教育部表示,将在幼儿园做好入学准备教育,在大班下学期有针对性地帮助幼儿做好生活、社会和学习等多方面的准备。小学做好入学适应教育,强化主动衔接意识,改革一年级教育教学方式。国家课程主要
食用红肉和加工肉(如培根和香肠)会增加中风的风险,而食用更多的来自于蔬菜的脂肪和多不饱和脂肪(存在于多脂鱼和坚果等食物中)能降低这一风险。奶酪、黄油、牛奶、冰淇淋和奶油等乳制品中的脂肪与中风风险升高无关。这项最新的研究是迄今为止最全面的,它将中风风险与蔬菜、乳制品和非乳制品的动物脂肪联系了起来。美国哈佛大学公共卫生学院的营养学家对美国117,136名医务工作者进行了长达27年的追踪调查。在随
全无机铅卤化物钙钛矿由于具有许多优异的光电特性,例如:长载流子寿命,高载流子迁移率,灵活可调的带隙,高荧光量子效率(PLQY)等而备受科研人员的关注,在先进光电子器件的多个领域中具有广阔的应用前景。然而,由于其本质上的离子晶体属性和较弱的抵抗外界环境干扰能力,这些缺点导致了铅卤化物钙钛矿的结构和发光性能并不稳定,限制了它们在实际应用中的进一步发展。鉴于此,如何提高铅卤化物钙钛矿材料稳定性并改善其发
纳米材料作为一类涉及多领域、多学科的新兴材料在近十余年中发展迅速,?并且被广泛的应用于生物、医药、能源等诸多行业。氟硼荧光染料(BODIPY)因其良好的光物理性质、光化学性质以及在生物医用纳米材料领域的突出表现成为近年来人们关注的焦点。本论文以BODIPY为研究基础,围绕BODIPY核心的不同位点进行修饰,合成出具有不同光物理性质和光化学性质的BODIPY衍生物。随后通过纳米沉淀法制备出相应的BO