马健新[1]2004年在《铅盐的电子结构和光学性质及其（001）面结构的理论研究》文中指出面心结构的铅盐PbS、PbSe、PbTe是一类窄带隙半导体化合物，具有许多优良的光电和热电特性，如高的折射率和正的热电系数。在红外探测、光散射、光纤激光技术和太阳能技术方面已有广泛的应用。最近，人们对铅盐的异质结、薄膜、量子点、量子线和量子阱及其应用的研究也很感兴趣。不仅如此，搀杂后的铅盐性能大大改善，现已应用于许多领域。由于表面对材料的特性具有重要的影响，而(001)表面是铅盐的天然解理面，所以对铅盐(001)表面的研究具有至关重要的意义。 鉴于铅盐在技术方面的广泛应用，本文根据目前实验上对一些表面已有的研究结果，用第一性原理方法在理论上对铅盐的体电子结构、光学性质，铅盐的表几何结构和表面电子结构进行了研究，所用软件为Cerius~2软件中由剑桥大学开发的CASTEP软件包。主要工作和结论如下： 1．计算了PbS、PbSe、PbTe的晶格常数、能带结构和态密度，以及反射率谱和吸收系数谱。依据我们计算的态密度和能带结构，对光谱的特征和形成原因进行了分析，其反射率和吸收系数谱的主要特征取决于价带底和导带顶附近电子轨道之间的跃迁。 2．对PbS、PbSe、PbTe(001)表面的几何结构和表面电子结构的研究表明：这些表面不发生重构，但表面原子出现弛豫现象：PbS、PbSe和PbTe(001)表面具有不同方式的振荡驰豫，表面层间距的变化和褶皱现象呈现一定的规律性。叁种铅盐的表面电子结构特征十分相似，而与Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族半导体化合物不同，在基本带隙中不引入表面态，而在导带和价带的腹带隙中以及更深能级中出现表面态或表面共振态。
丁宗玲[2]2007年在《红外光电材料无序PbS的第一性原理研究》文中研究表明非晶态半导体是凝聚态物理学中最为活跃的领域之一。非晶态半导体化合物PbS材料,被发现在红外探测,特别是在高度集成的红外探测器上有较大的优势,尤其是最近发现用PbS和金材料做出的探测器的检测灵敏度与当今最好的探测器相比可提高两个数量级,已经开始引起国内外的广泛关注。非晶态半导体的计算机模拟不仅可以用来分析和解释实验现象的机理及成因,而且可以在实验前预测新的现象和物性。对于在科学技术上获得新材料和新器件以及认识固体理论中的许多基本问题具有至关重要的意义。本文利用第一性原理方法,在理论上对PbS晶体以及完好和包含空位缺陷的PbS(-100)表面的电子结构和几何结构等进行了研究,所用软件为Cerius~2软件中剑桥大学开发的CASTEP软件包,主要结论如下:1)基于第一性原理方法,分别采用基于广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)的四种不同的交换关联势,计算了闪锌矿结构PbS的能带结构、态密度、分态态密度等。讨论了不同交换关联势对计算结果的影响,LDA给出较好的带隙值,而GGA给出较好的晶格常数。对比面心结构、体心结构和闪锌矿结构PbS的计算结果,我们得出面心结构PbS最稳定。我们的计算结果与实验结果以及其他理论结果符合得很好。2)分别对完好的PbS(-100)超晶胞体系;包含一个S(或Pb)原子空位缺陷的36、48原子PbS(-100)超晶胞体系;包含一个(或两个)S(或Pb)原子空位缺陷64原子PbS(-100)超晶胞体系的能带结构、态密度、分态态密度等进行了详细计算。几何结构优化结果显示PbS(-100)表面不发生重构,但表面原子出现弛豫现象。依据能带结构和态密度解释了PbS的电子结构及几何结构弛豫的特点及成因。结果表明:S原子空位缺陷使体系的总态密度整体向低能端移动,S原子空位等价于施主原子,使PbS(-100)体系变成n型半导体,而Pb原子空位缺陷使体系的总态密度整体向高能端移动,Pb原子空位等价于受主原子,使体系变为p型半导体。而且,随着空位数目的增加,总态密度的移动更明显。3)最后给出了一个简短的研究工作总结。
贾瑜[3]2003年在《金属、半导体高密勒指数表面：表面能和电子结构》文中研究说明金属和半导体材料的高密勒指数表面是目前表面科学研究的一个热点问题，也是值得更进一步研究的问题，目前的研究主要集中在对表面几何结构的确定，而对表面电子特性的认识几乎很少涉及，本文根据目前实验上对一些表面已有的研究结果，在理论上对一些金属、半导体的高密勒指数表面的表面能和表面电子结构进行了研究。得到了如下一些结论： 1．金属表面的表面能的计算 基于半经验嵌入原子势(EAM)的分子动力学方法，对Al、Cu、Ni叁种金属位于[001]晶带和[-110]晶带的高密勒指数表面的表面能进行了分子动力学模拟计算，计算结果同已有的实验结果相符合。在此基础上，提出了基于表面结构单元模型的[001]晶带和[-110]晶带表面能的经验计算公式。公式计算结果和采用分子动力学模拟结果一致。利用此式，可以通过两个低密勒指数表面的表面能精确值，较准确地估计对应晶带上任意一个高密勒指数表面的表面能。最后，我们探讨了一系列高指数表面的表面能随温度的变化关系。 2．半导体材料GaAs高密勒指数表面电子特性的理论研究 采用散射理论方法计算了Ⅲ-Ⅴ族半导体GaAs的一些高密勒指数表面的电子结构特性，结果如下：(1)Ⅲ-Ⅴ族半导体(112)在基本带隙内普遍都有四条表面态，分别对应于叁个悬挂键态和一个桥键态；理想的Ⅲ-Ⅴ族半导体(112)表面原子满足阴离子的悬挂键全部填满，阳离子的悬挂键全空；(2)对GaAs(113)表面的研究表明：理想截断的GaAs(113)A表面电子结构特征主要表现为在基本带隙内有叁条主要的表面态存在；对IBA制备的稳定的(1×1)计算结果表明：相对于理想的Ga原子位置截断，桥位模型的电子结构特征只是在相应能级位置上发生了移动，没有任何新的表面态产生，和已有的实验结果比较差别较大，而空位模型的计算结果较好的符合了已有的实验结果，我们认为，空位模型是符合实际的。同时在此基础上，我们预言了表面可能存在有一定占据的阳离子悬键态存在，这一点解释了实验中测量到在价带以上有弱的表面峰现象。(3)对GaAs(114)表面的计算表面表明:不论是A类或者是B类表面，理想情况下表面7条主要的表面态存在。理想截断的表面表现为金属特性。表面重构后，形成叁个dimer键，表面所有的阴离子悬挂键填满，阳离子全空;面能隙为0.7eV左右;表现为半导体特征。但在基本带隙中，仍有表面态存在，再构不能完全赶走带隙中的表面态.(4)对理想的GaAs(2 5 11)表面，在基本带隙内的表面态主要处在叁个能量范围内，能区基本处在一0.lev一o.oeV，o.geV一1.oev和1.4ev一1.6ev的区间内。这些态对应于表面悬挂键态和背向键态。再构后，不考虑表面原子的驰豫变化，GaAs(2 5 11)表面表面态的变化主要表现在O.geV~1.oeV的一些表面态完全消失。根据电子数目规则，我们断定处在一O.leV~0.leV的表面态为全部填满的阴离子悬挂键态或者为原子再构后引起的As一As dimer键态，而处在1.4eV一1.6eV的表面态为阳离子空的悬挂键态。 在此基础上，我们对计算结果和目前己有的低密勒指数表面电子特性的计算结果作了比较研究，同时对表面的稳定机制作了尝试性的探讨。3.其他工作 除此之外，论文还对铅盐PbTe、 Pbse、PbS(001)表面电子结构，YBCO超导体表面氧特性、金属Ti和Ni在金刚石表面的吸附和扩散等特性进行了研究。得到了一些有意义的结果，比如，对PbTe、Pbse、PbS(001)表面的几何结构和表面电子结构的研究表明，表面原子出现褶皱现象，同时PbTe(001)表面和PbS(001)表面具有不同方式的振荡驰豫。在表面电子结构特征方面，与111一v族和n一Vl族化合物不同，基本带隙中不引入表面态，而在导带顶和价带底附近以及更深能级中出现表面态或表面共振态等。
胡兆东[4]2006年在《红外光电材料PbS的第一性原理研究》文中进行了进一步梳理IV-VI族窄禁带半导体化合物PbS由于在红外探测、二极管激光和热电转换材料以及超长距离光通信等技术方面的潜在应用，一直是当今红外物理领域理论和实验关注的焦点和难点之一。随着计算机速度的提高，利用第一性原理方法对窄禁带半导体材料的电子结构、掺杂和缺陷带来的影响等进行计算模拟，现在正变得越来越热门。这些计算模拟结果一方面可以为实验及材料的生长合成提供合理的理论依据。另一方面，当实验中发现了某种新现象时也可以利用计算机模拟的方法在理论上得到合理的解释，这样通过理论结果就可以优化原有实验方法或进一步实现理论上的预测，为窄禁带半导体材料及器件的设计提供强有力的理论支持。本文利用第一性原理方法对半导体PbS材料的电子结构进行了研究，其主要结论如下：1)基于第一性原理总能量平面波全势方法，采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)等不同的交换关联势，计算了面心结构(NaCl结构)PbS的总能，并给出了体系平衡时的晶格常数。讨论了不同交换关联势对晶格常数的影响。分析了体系平衡时的能带结构、能隙、态密度和分波态密度。2)基于第一性原理总能量平面波全势方法，采用广义梯度近似(GGA)和局域密度近似(LDA)等不同的交换关联势，计算了体心结构(CsCl结构)PbS的总能，并给出了体系平衡时的晶格常数。讨论了不同交换关联势对晶格常数的影响。与面心结构PbS的结果对比，能量的计算结果表明面心结构PbS较体心结构更稳定。对体心结构PbS的计算结果表明存在能隙，这与同族铅盐化合物实验结果中存在能隙的结论相符合，PbS体心结构能隙的结果有助于实验研究。3)最后给出了一个简短的研究工作总结。
王春[5]2009年在《绿色化学途径合成硒化物半导体量子点》文中提出在过去的十多年,由于量子尺寸效应,半导体量子点(又称之为半导体纳米晶)展现了与对应本体材料不同的尺寸、形貌依赖的物理性质,而这些性质可应用于太阳能电池、发光二级管、生物标记等领域。硒化物量子点作为一类重要的半导体量子点,广泛用在太阳能电池、发光二极管、生物标记、各种发光装置、激光与红外探测器件、红外窗口与非线性光学材料等。通常影响硒化物半导体量子点性能的主要因素有尺寸、形貌、尺寸分布和结构等,因此可以通过人为调控以上因素从而得到控制目标材料的性能。开展硒化物半导体量子点尺寸、形貌、尺寸分布、结构的控制合成研究对于推动半导体量子点实用化具有十分重要的理论和现实意义。传统的有机金属前驱物途径是目前最为流行的制备半导体量子点的方法,虽然已经成功制备出多种单分散半导体量子点,但仍然存在一些缺点,例如:用有毒、价格昂贵、对空气敏感、易爆炸的有机金属作为前驱体,用价格昂贵、有毒、不稳定的叁辛基膦作为配位溶剂。针对有机金属前驱物途径的以上缺点,我们提出了一种新的绿色化学合成方法,制备了高质量的单分散硒化物量子点。探索了反应时间、生长温度、前驱物的摩尔比等条件对量子点尺寸、尺寸分布、形貌,结构的影响,取得的主要结果如下:1、发展了绿色的油酸/N-油酰基-吗啡啉合成体系。采用N-油酰基-吗啡啉代替传统有毒、易氧化、爆炸、价格昂贵的叁辛基膦作为硒粉的溶剂,氧化镉作为镉源,油酸作为配位体,成功地制备了高质量单分散的CdSe量子点。很强的带边发光、尖锐的紫外吸收峰以及狭窄的荧光峰均表明了所制备出的CdSe量子点粒径分布比较均一,具有很好的单分散性和良好的光学性质。通过优化反应时间、合成温度、Cd/Se摩尔比等实验条件,发现较小尺寸的CdSe量子点通常在较低的反应温度(200℃)、较短的反应时间(8 s)、较大的Cd/Se摩尔比(3:1)下获得。此外,用油酸作为主要配位体,通过添加二苯甲酮作为次级配位体成功合成了高质量的CdSe量子点,实验结果发现二苯甲酮的加入大大提高了CdSe量子点尺寸分布,并且很好地把CdSe量子点的成核与生长过程分离开来。通过系统的改变二苯甲酮与油酸的配比,获得了尺寸大小在2.8 nm到6.8 nm之间,荧光发射峰半峰宽在27 nm到35 nm之间的CdSe量子点,这些数值与国际上所报道的最好数值相当。实验结果表明,由于二苯甲酮中的氧原子类似于膦氧基团,可以强烈的束缚硒空位,两个或更多的镉原子可以通过二苯甲酮中的终端氧原子连接,因此二苯甲酮可以阻止小颗粒的溶解从而得到单分散的CdSe量子点。2、采用所提出的绿色非膦合成途径,实现了对PbSe量子点尺寸(从8 nm到16 nm)与形貌(球形、八面体、立方体)的可控合成。X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)测试表明所获得的PbSe量子点具有岩盐立方相晶体结构、尺寸分布均一、结晶度高等特点。紫外近红外吸收光谱(UV/VIS/NIR)测试表明所获得PbSe量子点带隙(0.73 eV)相对于块体PbSe材料带隙(0.28 eV)由于量子局限效应从而发生了明显的蓝移。用氧化铅作为铅源,N-油酰基-吗啡啉作为硒粉溶剂,油酸作为配位体,在非配位的溶剂十八烯中,通过简单地改变合成温度(从100℃到160℃)成功地合成了球形、八面体形、立方形的岩盐结构PbSe量子点。并且通过简单地控制反应时间制备出了尺寸大小在8 nm到16 nm之间的PbSe量子点。在透射电镜表征的基础上,讨论了PbSe量子点形貌演变的过程和机理,发现生长温度是决定PbSe量子点形貌改变的重要因素。对岩盐结构PbSe量子点来讲,尺寸依赖的球形到立方体的演变通常发生在高温阶段,由于{111}面相对{100}面来讲具有较高的表面能,因此<111>方向的生长速度要比<100>方向的生长速度快,从而有利于低表面能的{100}面的生长导致了立方体形貌的形成。3、将所提出的绿色化学途径合成单分散量子点的技术推广到叁元量子点的合成。在新的油胺/N-油酰基-吗啡啉的合成体系中,通过控制配位体油胺的用量实现了对不同CuInSe_2纳米晶形貌的可控合成。采用简单的无机盐CuCl、InCl_3作为前驱物,用油胺作为配位体,在较低的反应温度下成功制备出了四方晶系黄铜矿相的CuInSe_2量子点,用奥斯瓦尔德熟化机理解释了CuInSe_2量子点形貌的演变过程。通过精确控制反应溶剂的量和反应温度,制备出了叁角锥状的CuInSe_2纳米晶,实验结果分析表明CuInSe_2(112)面与(114)面的极性与稳定性决定了叁角锥状的形成。此外,由于油胺能选择性的吸附在CuInSe_2纳米晶的{001}面,通过控制配位体油胺的量以及在样品后处理时滴加少量的油胺从而抑制了CuInSe_2纳米晶{001}面的生长,成功地制备出了CuInSe_2纳米盘。同时利用油胺对CuInSe_2纳米盘{001}面的侵蚀作用,制备出了CuInSe_2六角纳米环,并用配位体辅助选择溶解机制解释了CuInSe_2六角纳米环的形成过程。
孙喜桂[6]2015年在《硒化铅薄膜的磁控溅射制备及性能研究》文中认为硒化铅(PbSe)薄膜能在室温条件下保持优异的红外光电敏感性和响应率,被广泛用做中红外探测器的光敏核芯,但受制于制备工艺落后及基础理论研究匮乏,国内PbSe红外探测器的性能与国外同类产品相比有较大差距。本论文利用中频磁控溅射技术制胬了一系列PbSe薄膜,并采用理论模拟计算与实际实验相结合的方法研究了PbSe薄膜在单晶硅基体上的生长机制以及镀膜工艺参数、敏化处理、掺杂处理等对PbSe莫层成分、结构、光学及光电性能的影响。取得了如下研究成果：(1)采用第一性原理对PbSe薄膜在Si(100)和Si(111)两种单晶硅基体上的热力学模拟计算结果表明,PbSe薄膜在两种单晶硅基体上的生长机制主要受界面能和应变能变化的控制,其中当界面能变化占主导时,PbSe薄膜沿界面能较低的PbSe[200]取向(或PbSe(200)晶面)生长；而当应变能变化占主导时,PbSe薄膜沿应变能较低的PbSe[220]取向(或PbSe(220)晶面)生长。并且,生长取向的不同会导致PbSe薄膜光学性能的差异：取向为[220]的PbSe薄膜的光学禁带宽度更窄。(2)沉积时间和温度两项溅射镀膜工艺参数对所制PbSe薄膜的成分无影响,但会显着改变其膜层结构：随沉积时间延长,PbSe尊膜的择优生长取向始终为PbSe[200],但膜层晶粒尺寸、晶格常数及微观应变均显着降低,进而导致其光电敏感性升高；随沉积温度升高,PbSe薄膜由非晶态过渡到结晶态,并且当沉积温度高于188℃时,晶体取向由PbSe[220]转变为PbSe[200],其光电敏感性逐渐降低。(3)后期敏化处理可在PbSe薄膜表面生成一层含氧化铅(PbO)和二氧化硒(SeO2)的氧化膜,这可降低膜内载流子的复合速率,从而提高PbSe薄膜的光电敏感性。另外,随敏化温度升高,PbSe膜层内部发生回复(<200℃)和再结晶(>200℃)过程,使其膜层结构发生显着变化,从而引起膜内平衡载流子浓度线性降低,进而导致其光电敏感性线性增大(4)铟(In)和碲(Te)两种掺杂元素在掺杂量较低(-5 at.%)时,会由于置换作用而导致PbSe膜层的晶粒尺寸、晶格常数及微观应变产生显着变化。并且,In掺杂元素会在PbSe薄膜的禁带内形成深杂质能级,使其光电敏感性显着提升：而Te掺杂元素对PbSe尊膜能带结构的影响相对较弱,PbSeTe薄膜的光电敏感性与纯净PbSe薄膜相近。(5)采用自制PbSe薄膜组装成功了结构简单的红外探测器,其光谱吸收范围和响应度均接近国外同类产品,峰值探测率达到2.92×109cm·Hz1/2·W-1,优于国内和部分国外同类产品。
参考文献：
[1]. 铅盐的电子结构和光学性质及其（001）面结构的理论研究[D]. 马健新. 郑州大学. 2004
[2]. 红外光电材料无序PbS的第一性原理研究[D]. 丁宗玲. 东华大学. 2007
[3]. 金属、半导体高密勒指数表面：表面能和电子结构[D]. 贾瑜. 郑州大学. 2003
[4]. 红外光电材料PbS的第一性原理研究[D]. 胡兆东. 东华大学. 2006
[5]. 绿色化学途径合成硒化物半导体量子点[D]. 王春. 合肥工业大学. 2009
[6]. 硒化铅薄膜的磁控溅射制备及性能研究[D]. 孙喜桂. 北京科技大学. 2015
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