本文主要研究内容
作者张海山（2019）在《GaN和ScVO4中点缺陷发光机制的研究》一文中研究指出：从第一个晶体管的发明、到大规模集成电路以及各种电子器件的广泛应用,半导体在日常生产、生活中发挥着越来越重要的作用。在半导体的制备过程中,半导体本身或者引入某些种类的杂质元素会形成点缺陷。不同类型的点缺陷对基质材料的光、电学性质有着各种不同的影响,并成为可能的发光中心。随着计算方法的发展,第一性原理计算对半导体中点缺陷电子结构的描述越来越准确。半导体中深杂质能级有关的辐射、非辐射复合计算方法也日趋成熟。但是,实验观测到的点缺陷相关发光的波长、强度等物理量和复杂的载流子动力学过程相关,仅对点缺陷单一性质的计算无法揭示实验现象背后的微观物理机制。鉴于此,我们基于第一性原理计算发展了相关计算方法,通过考虑半导体中各辐射、非辐射复合通道之间的相互竞争,实现在不采用参数拟合的情况下,对点缺陷相关发光的量子效率以及发光的完整时间分辨光致发光光谱（TRPL）进行模拟。红色荧光粉ScVO4:Bi在白光照明中有着潜在应用;氮化镓（GaN）是制备蓝色发光二极管（light-emitting diode）的核心材料,在发光领域起着至关重要的作用。针对这两种材料中的点缺陷发光现象,本课题具体开展了以下研究工作:1.通过第一性原理计算研究了Bi掺杂ScVO4基质的可调谐发光机理。研究发现,由于较低的缺陷形成能,在ScVO4基质中容易存在一些本征缺陷,而这些本征缺陷对于Bi掺ScVO4的发光没有明显的影响。在本文中考虑的化学势环境下,Bi原子掺入后都倾向于替换同价态的Sc原子,而不是+5价的V原子。在Bi原子周围出现氧空位（VacO）时,缺陷形成能的计算结果表明,BiSc和VacO缺陷很容易结合而形成BiSc+VacO复合缺陷。根据计算所得的缺陷转换能级和介电函数虚部,可以推断复合缺陷BiSc+VacO在“0”和“+1”价之间的转换是实验中观测到的Bi掺杂ScVO4发红光的原因。在实验中通入H2并控制H2的含量,可以实现可调谐发光。计算结果表明,发光性质的变化是来源于H原子对VacO的钝化效应。2.结合第一性原理计算与拉曼、傅里叶变换红外光谱测试,确认了在碳原子（C）掺杂的半绝缘GaN样品中,C将占据N原子位,形成“-1”价的CN缺陷。杂质C原子的振动将在声子谱的高频部分产生新的局域声子模式,包括水平方向振动的774 cm-1模式以及垂直方向振动的766 cm-1模式。3.针对GaN中普遍存在的黄光带,我们模拟了其随温度变化的量子效率,并详细描述了其中涉及深杂质能级的电子和空穴的复合过程。研究表明,在n型的GaN中,点缺陷CN的“-1”价和“0”价之间的转换以及复合缺陷CN+ON的“0”价和“+1”价之间的转换都有可能是实验上观测到的黄光带的来源。计算结果表明,黄光在温度高于480 K时开始淬灭,这源于杂质能级从价带俘获的空穴会通过热激发迅速再回到价带,这与实验观测结果相符合。4.我们模拟GaN中黄光带的TRPL过程,考虑了从皮秒到毫秒时间范围内多种复合通道之间的复杂竞争。研究表明,在高功率注入情况下,GaN中CN缺陷引起的黄光呈现双指数式衰减。其中,几百皮秒的短寿命来源于黄光和带边复合通道之间的相互竞争,几个微秒的长寿命来源于黄光带自身的衰减,并且这两个衰减过程都在我们设计的TRPL实验中得到证实。我们的研究可以很好的解释宽禁带半导体中点缺陷引起发光的复杂光物理过程,为今后实验上点缺陷的指认与设计提供重要的理论指导。
Abstract
cong di yi ge jing ti guan de fa ming 、dao da gui mo ji cheng dian lu yi ji ge chong dian zi qi jian de an fan ying yong ,ban dao ti zai ri chang sheng chan 、sheng huo zhong fa hui zhao yue lai yue chong yao de zuo yong 。zai ban dao ti de zhi bei guo cheng zhong ,ban dao ti ben shen huo zhe yin ru mou xie chong lei de za zhi yuan su hui xing cheng dian que xian 。bu tong lei xing de dian que xian dui ji zhi cai liao de guang 、dian xue xing zhi you zhao ge chong bu tong de ying xiang ,bing cheng wei ke neng de fa guang zhong xin 。sui zhao ji suan fang fa de fa zhan ,di yi xing yuan li ji suan dui ban dao ti zhong dian que xian dian zi jie gou de miao shu yue lai yue zhun que 。ban dao ti zhong shen za zhi neng ji you guan de fu she 、fei fu she fu ge ji suan fang fa ye ri qu cheng shou 。dan shi ,shi yan guan ce dao de dian que xian xiang guan fa guang de bo chang 、jiang du deng wu li liang he fu za de zai liu zi dong li xue guo cheng xiang guan ,jin dui dian que xian chan yi xing zhi de ji suan mo fa jie shi shi yan xian xiang bei hou de wei guan wu li ji zhi 。jian yu ci ,wo men ji yu di yi xing yuan li ji suan fa zhan le xiang guan ji suan fang fa ,tong guo kao lv ban dao ti zhong ge fu she 、fei fu she fu ge tong dao zhi jian de xiang hu jing zheng ,shi xian zai bu cai yong can shu ni ge de qing kuang xia ,dui dian que xian xiang guan fa guang de liang zi xiao lv yi ji fa guang de wan zheng shi jian fen bian guang zhi fa guang guang pu （TRPL）jin hang mo ni 。gong se ying guang fen ScVO4:Bizai bai guang zhao ming zhong you zhao qian zai ying yong ;dan hua jia （GaN）shi zhi bei lan se fa guang er ji guan （light-emitting diode）de he xin cai liao ,zai fa guang ling yu qi zhao zhi guan chong yao de zuo yong 。zhen dui zhe liang chong cai liao zhong de dian que xian fa guang xian xiang ,ben ke ti ju ti kai zhan le yi xia yan jiu gong zuo :1.tong guo di yi xing yuan li ji suan yan jiu le Bican za ScVO4ji zhi de ke diao xie fa guang ji li 。yan jiu fa xian ,you yu jiao di de que xian xing cheng neng ,zai ScVO4ji zhi zhong rong yi cun zai yi xie ben zheng que xian ,er zhe xie ben zheng que xian dui yu Bican ScVO4de fa guang mei you ming xian de ying xiang 。zai ben wen zhong kao lv de hua xue shi huan jing xia ,Biyuan zi can ru hou dou qing xiang yu ti huan tong jia tai de Scyuan zi ,er bu shi +5jia de Vyuan zi 。zai Biyuan zi zhou wei chu xian yang kong wei （VacO）shi ,que xian xing cheng neng de ji suan jie guo biao ming ,BiSche VacOque xian hen rong yi jie ge er xing cheng BiSc+VacOfu ge que xian 。gen ju ji suan suo de de que xian zhuai huan neng ji he jie dian han shu xu bu ,ke yi tui duan fu ge que xian BiSc+VacOzai “0”he “+1”jia zhi jian de zhuai huan shi shi yan zhong guan ce dao de Bican za ScVO4fa gong guang de yuan yin 。zai shi yan zhong tong ru H2bing kong zhi H2de han liang ,ke yi shi xian ke diao xie fa guang 。ji suan jie guo biao ming ,fa guang xing zhi de bian hua shi lai yuan yu Hyuan zi dui VacOde dun hua xiao ying 。2.jie ge di yi xing yuan li ji suan yu la man 、fu li xie bian huan gong wai guang pu ce shi ,que ren le zai tan yuan zi （C）can za de ban jue yuan GaNyang pin zhong ,Cjiang zhan ju Nyuan zi wei ,xing cheng “-1”jia de CNque xian 。za zhi Cyuan zi de zhen dong jiang zai sheng zi pu de gao pin bu fen chan sheng xin de ju yu sheng zi mo shi ,bao gua shui ping fang xiang zhen dong de 774 cm-1mo shi yi ji chui zhi fang xiang zhen dong de 766 cm-1mo shi 。3.zhen dui GaNzhong pu bian cun zai de huang guang dai ,wo men mo ni le ji sui wen du bian hua de liang zi xiao lv ,bing xiang xi miao shu le ji zhong she ji shen za zhi neng ji de dian zi he kong xue de fu ge guo cheng 。yan jiu biao ming ,zai nxing de GaNzhong ,dian que xian CNde “-1”jia he “0”jia zhi jian de zhuai huan yi ji fu ge que xian CN+ONde “0”jia he “+1”jia zhi jian de zhuai huan dou you ke neng shi shi yan shang guan ce dao de huang guang dai de lai yuan 。ji suan jie guo biao ming ,huang guang zai wen du gao yu 480 Kshi kai shi cui mie ,zhe yuan yu za zhi neng ji cong jia dai fu huo de kong xue hui tong guo re ji fa xun su zai hui dao jia dai ,zhe yu shi yan guan ce jie guo xiang fu ge 。4.wo men mo ni GaNzhong huang guang dai de TRPLguo cheng ,kao lv le cong pi miao dao hao miao shi jian fan wei nei duo chong fu ge tong dao zhi jian de fu za jing zheng 。yan jiu biao ming ,zai gao gong lv zhu ru qing kuang xia ,GaNzhong CNque xian yin qi de huang guang cheng xian shuang zhi shu shi cui jian 。ji zhong ,ji bai pi miao de duan shou ming lai yuan yu huang guang he dai bian fu ge tong dao zhi jian de xiang hu jing zheng ,ji ge wei miao de chang shou ming lai yuan yu huang guang dai zi shen de cui jian ,bing ju zhe liang ge cui jian guo cheng dou zai wo men she ji de TRPLshi yan zhong de dao zheng shi 。wo men de yan jiu ke yi hen hao de jie shi kuan jin dai ban dao ti zhong dian que xian yin qi fa guang de fu za guang wu li guo cheng ,wei jin hou shi yan shang dian que xian de zhi ren yu she ji di gong chong yao de li lun zhi dao 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自华南理工大学的张海山，发表于刊物华南理工大学2019-10-23论文，是一篇关于半导体中的点缺陷论文,缺陷能级论文,发光量子效率论文,荧光寿命论文,第一性原理论文,华南理工大学2019-10-23论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自华南理工大学2019-10-23论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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