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非晶二氧化硅与硅的界面及界面缺陷计算研究
摘要： 非晶态SiO2/Si界面可以说是半导体技术中最重要的部分，对器件可靠性有重要影响。其电子结构受缺陷（主要是被称为Pb型缺陷的悬挂键）影响，这些缺陷已被研究数十年。在器件加工过程中，这些缺陷通常被氢原子钝化，从而消除硅带隙中的缺陷能级，使其不再具有电活性。然而，当界面暴露于电离辐射时，辐射产生的质子会使钝化缺陷重新激活，这会显著影响器件性能并导致可靠性问题。本综述总结了关于非晶态SiO2/Si界面及界面缺陷的计算研究，包括界面建模、主要界面缺陷及其去钝化过程，并与实验结果进行对比。重点讨论了超精细参数，因为它们对识别界面缺陷结构至关重要。同时也强调了缺陷能级和缺陷去钝化过程，因为前者直接影响器件性能，后者直接在界面产生悬挂键。
关键词： 去钝化、电离损伤、界面缺陷、非晶界面、第一性原理计算
更新于2025-09-23 15:23:52
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单层TX2/反铁磁MnO（T=Mo，W；X=S，Se）范德华异质结中的谷分裂与自旋分裂
摘要： 通过第一性原理计算系统研究了反铁磁MnO(111)衬底上单层MoS2、WS2、MoSe2和WSe2的电子结构。发现MnO堆叠会破坏时间反演对称性并导致谷极化。MoS2/MnO、WS2/MnO、MoSe2/MnO和WSe2/MnO在K点的谷分裂分别为161、193、171和125 meV，在K'点为18至253 meV。这种堆叠构型还会诱导MoS2产生p型或n型掺杂，表明通过MnO堆叠可调控异质结的电导率。此外，我们还计算了Mn终止(III)构型下WS2/MnO、MoSe2/MnO和WSe2/MnO异质结构的电子结构，发现K点自旋分裂分别为553、324和481 meV，K'点为215、9和284 meV。MnO衬底的终止面还能调控单层MoS2、WS2、MoSe2和WSe2的自旋分裂。六种可能界面构型中MoS2/MnO的K点自旋分裂范围为24至291 meV，K'点为18至253 meV。这些结果展示了一类新型异质结构，在自旋电子学和谷电子学器件中具有潜在应用价值。
关键词： 二维材料、异质结构、过渡金属二硫化物、第一性原理计算
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于钙钛矿的化合物MA$_{1‐x}$Cs$_x$PbI$_{3‐y}$Br$_y$具有增强的稳定性和光学吸收性能
摘要： 有机金属卤化物钙钛矿因其极高的成本效益加工性和卓越的光捕获能力，在众多功能材料中脱颖而出。然而，较差的长期稳定性严重阻碍了其进一步发展。最新实验观察表明，铯元素是提升MAPbI3稳定性的理想候选材料。为探究其内在机制，我们基于密度泛函理论（包含杂化泛函）开展了第一性原理研究，分析了钙钛矿系列MA0.75Cs0.25PbI3-yBry的电子与光学特性。结果表明：在可见光范围内，MA0.75Cs0.25PbI2Br钙钛矿化合物的光吸收性能显著优于其他掺杂系列；同时，巴德电荷分析与电荷密度分布均显示该化合物在所有掺杂钙钛矿系列中稳定性最高。研究还清晰表明，铯元素的影响主要体现在增强稳定性而非提升光吸收性能。本研究为筛选新型光捕获材料提供了新思路，并为基于这些功能材料设计高效稳定的光伏器件提供了理论依据。
关键词： 光学吸收、稳定性、第一性原理计算、钙钛矿化合物
更新于2025-09-23 15:23:52
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非极性LiAlO2/SrTiO3异质结的界面特性
摘要： 金属氧化物异质结构制备技术的进展备受关注，因为像二维电子气（2DEG）这类新奇特性——最初发现于LaAlO3/SrTiO3界面——并不存在于体相材料中。为拓展对2DEG的研究，我们通过第一性原理计算，探究了有趣的非极性/非极性LiAlO2/SrTiO3异质结构（亦属钙钛矿/非钙钛矿氧化物异质结构）在有/无氧空位情况下的电子性质。我们构建了SrO/LiAlO2和TiO2/LiAlO2两种界面的稳定堆叠构型。LiAlO2/SrTiO3界面的氧空位会诱导体系产生载流子，但未检测到2DEG行为。结果表明：钙钛矿/非钙钛矿氧化物界面呈现三维输运特性。
关键词： 金属氧化物异质结构，第一性原理计算，氧空位，LiAlO2，SrTiO3
更新于2025-09-23 15:23:52
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原子吸附对GeP单层电子、磁性和光学性质的影响：一项第一性原理研究
摘要： 我们通过第一性原理计算研究了原子表面吸附对磷化锗（GeP）单层材料电子、磁性和光学性质的影响。结果表明，GeP单层对所有选定的吸附原子均表现出良好的吸附能力，且多数吸附原子不会破坏其结构完整性。这些吸附原子能为GeP单层带来多样的电子特性：H、Li、Na、K和Al等原子向GeP单层提供电子使其金属化；其余原子虽不改变其半导体本质，但会诱导带隙中间态（如Mg、Ca、Si、Ge、Ag和Au）或减小带隙（如Ni、Pd和Pt）。B、N、P、As、V、Cr、Mn、Fe和Co等原子会使GeP单层产生自旋磁矩，其中V、Cr、Mn、Fe和Co修饰的GeP单层磁矩主要集中于吸附原子位点，从而可获得稀磁半导体。除O原子外，所有吸附原子均会降低功函数，因而可预期其对光学性质产生显著影响。GeP单层具有宽范围的光吸收特性，而Mg、Si、Ge、Cu、Ag、Au和Pt等吸附原子能进一步红移其x和y方向的吸收边。本研究为调控GeP单层电子、磁性和光学性质以实现器件应用提供了有效方法。
关键词： 以及光学性质、GeP单层膜、磁性、第一性原理计算、电子、原子表面吸附
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过不同边缘结构调控锯齿形MoSe2纳米带的电子和磁性能
摘要： 本文通过第一性原理计算研究了不同边缘结构对锯齿形MoSe?纳米带稳定性、电子及磁性能的影响，以及氢饱和边缘后相应性质的变化。鉴于Mo与Se原子的化学非等价性，我们考虑了十二种边缘结构构型。通过结合能分析发现H-NR-u和H-NR-s具有最高稳定性。特别值得注意的是，无论是否氢化，所有锯齿形MoSe?纳米带均呈现明显金属性。此外，原始和氢化的锯齿纳米带均具有稳定的亚铁磁性，总磁矩范围宽达0.27–3.59 μB。以Mo终止的纳米带具有最大磁矩，而氢化能显著降低纳米带的磁矩。我们还揭示相同终端的锯齿MoSe?纳米带具有非常相似的稳定性、电子及磁性能，这与体系对称性无关。这些锯齿MoSe?纳米带的独特性质使其在未来电子、自旋电子学和磁阻纳米器件领域具有重要应用潜力。
关键词： 氢化、纳米带、亚铁磁性、第一性原理计算、二硒化钼
更新于2025-09-23 15:23:52
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IIB族元素掺杂CuI的缺陷形成
摘要： 采用第一性原理计算研究了Zn、Cd和Hg等IIB族元素在碘化亚铜（CuI）中的掺杂缺陷。计算得出Zn、Cd和Hg替代位点的跃迁能分别为1.32、1.28和0.60电子伏特。与位于替代位点或间隙位的掺杂剂相比，处于替代位点的这些IIB族元素与铜空位（VCu）形成的复合体具有更低的形成能。在所有研究的复合缺陷中，[HgCu+VCu]具有最低的形成能，并在价带顶（VBM）上方0.18电子伏特处引入受主能级ε(0/?)，该能级接近VCu的受主能级ε(0/?)=0.1电子伏特，表明Hg可能是改善CuI p型导电性的优良掺杂剂。
关键词： IIB族元素、缺陷形成、第一性原理计算、半导体
更新于2025-09-23 15:23:52
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载流子掺杂、带隙和电子弛豫时间在半导体热电性质玻尔兹曼输运计算中的作用
摘要： 尽管对材料热电性质的第一性原理预测需求日益增长，但玻尔兹曼输运计算中各类误差的影响不容忽视。我们以典型半导体（硅）为对象，在不同温度T下进行标准第一性原理计算与玻尔兹曼输运分析，通过改变带隙?g、电子弛豫时间?el和声子热导率?ph，揭示这些参数如何影响作为载流子掺杂水平函数的计算热电性质。双极传导会通过降低塞贝克系数S并提高有效洛伦兹因子Leff而大幅降低zT，这表明足够宽的带隙（数倍kBT或更高）对实现高zT至关重要。因此，第一性原理计算中常见的带隙低估可能导致窄带隙半导体计算出现重大误差。未计入佩尔帖热导率的电子热导率计算会使典型半导体的zT限制在1以下。要实现高zT，需要?ph/?el（反映材料作为声子玻璃-电子晶体的程度）保持较小值。将计算结果与实验热电性质拟合显示，根据温度T和样品差异，?el可在1011?至1011?秒范围内变化一个数量级，这说明对热电材料采用固定弛豫时间的做法并不恰当。
关键词： 玻尔兹曼输运计算、第一性原理计算、热电性质
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过金属吸附原子热沉积制备的空气稳定氮掺杂黑磷晶体管
摘要： 本工作描述了一种简单有效的热沉积方法，用于增强二维黑磷（BP）的稳定性并实现其n型掺杂，从而成功制备出逻辑器件。通过铝原子掺杂，BP的抗氧化稳定性得到提升，在环境条件下转移特性可保持数天。此外，掺杂后的BP呈现n型导电特征，表现出阈值电压负向偏移和电子迁移率增强。第一性原理计算揭示了铝掺杂机制：铝诱导导带底下移并提高费米能级。通过裸露BP与铝掺杂BP的集成，可制备反相器、p-n二极管等多种逻辑器件。该研究揭示了通过金属原子掺杂同步增强BP稳定性和调控其导电性的简便策略，为器件应用奠定了良好基础。
关键词： n型掺杂、稳定性、黑磷、热沉积、第一性原理计算
更新于2025-09-23 15:23:52
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核岛内有害气体在单层二硫化钼片上的吸附
摘要： 监测和清除核岛内的有害气体（如放射性气体和氢气）充满巨大挑战，尽管这两种方法能提升核电站的安全水平。由于其优异的电子和化学特性，二维材料被视为核岛内有害气体监测与清除的候选材料。本文采用第一性原理计算方法研究了单层MoS2片层对有害气体的吸附行为，通过计算吸附能、总电荷转移量和态密度（DOS）来理解单层MoS2片层对有害气体的吸附机制及传感性能。结果表明：有害气体与单层MoS2片层间存在吸引相互作用。吸附能数值显示物理吸附主导着有害气体分子在单层MoS2片层上的吸附过程，但解离的H/I原子吸附属于化学吸附。态密度分析表明H 1s和I 5p轨道在吸附过程中起关键作用，电子结构的变化表明单层MoS2片层可能成为监测核岛内气态放射性碘的理想材料。
关键词： 氢气、有害气体、放射性气体、第一性原理计算、单层二硫化钼片
更新于2025-09-23 15:23:52