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中子嬗变掺杂前后Ge纳米晶的结构和性质

陈青云 孟川民 卢铁城 徐明 胡又文

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中子嬗变掺杂前后Ge纳米晶的结构和性质

陈青云, 孟川民, 卢铁城, 徐明, 胡又文

The structures and properties of Ge nanocrystals before and after Neutron transmutation doping

Chen Qing-Yun, Xu Ming, Lu Tie-Cheng, Meng Chuan-Min, Hu You-Wen
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  • 采用第一性原理计算模拟Ge纳米晶在中子嬗变掺杂(NTD)后受空位、O和As杂质的影响.结果表明,退火方法引入的O并不能消除纳米晶中的辐照致空位缺陷的影响,而NTD 产生的As掺杂能补偿这些空位缺陷并消除禁带中产生的杂质能级,从而改善半导体掺杂性能.计算还发现,由于较高的电负性,纳米晶中O对Ge原子较强的吸附作用阻止了空位的形成,导致与缺陷相关的非辐射发光中心的浓度减小,发光效率提高,因此中子辐照掺杂前的高温退火处理是非常有必要的.计算较好地解释了已报道的实验结果.
    The effects of vacant, O defects and As doping on the structures and properties of Ge nanocrystals (Ge-ncs) are investigated by using first-principles calculation based on the density functional theory (DFT). The calculation results indicate that the O defects induced by thermal annealing cannot compensate for the defects caused by neutron irradiation in Ge nanocrystals, while the introduction of As produced by neutron transmutation doping (NTD) will do the jop. We also show that the strong attraction between O and Ge atoms inhibits the formation of vacant defects in Ge nanocrystals, and further improve the luminescent property of Ge-SiO2 system. This suggests that it is necessary to perform thermal annealing for Ge-ncs structures before NTD. Our calculations well support our previous experimental results.
    • 基金项目: 国家自然科学基金委-中国工程物理研究院联合基金 (批准号:10376020), 教育部新世纪优秀人才培养计划基金(批准号:NCET-04-0874)和四川省青年科技基金(批准号:08ZQ026-025)资助的课题.
    [1]

    Canham L T 1990 Appl. Phys. Lett. 57 1046

    [2]

    2002 Physica E 13 1034

    [3]

    Pavesi L, Dal N L, Mazzoleni C, Franzò G, Priolo F 2000 Nature 408 440

    [4]

    Klimov V I, Ivanov S A, Nanda J, Achermann M, Bezel I, McGuire J A, Piryatinski A 2007 Nature 447 441

    [5]

    Godefroo S, Hayne M, Jivanescu M, Stesmans A, Zacharias M, Lebedev O I, Van T G, Moshchalkov V V 2008 Nat. Nanotechnol. 3 174

    [6]

    Dinh L N, Chase L L, Balooch M, Siekhaus W J, Wooten F 1996 Phys. Rev. B 54 5029

    [7]

    Wu X L, Gao T, Siu G G, Tong S, Bao X M 1999 Appl. Phys. Lett. 74 2420

    [8]

    Zhang J Y, Ye Y H, Tan X L 1999 Appl. Phys. Lett. 74 2459

    [9]

    Hassan K M, Sharma A K, Narayan J, Muth J F, Teng C W, Kolbas R M 1999 Appl. Phys. Lett. 75 1222

    [10]

    Ngiam S T, Jensen K F, Kolenbrander K D 1994 J. Appl. Phys. 76 8201

    [11]

    Maeda Y 1995 Phys. Rev. B 51 1658

    [12]

    Weissker H C, Furthmüller J, Bechstedt F 2002 Phys. Rev. B 65 155327

    [13]

    Weissker H C, Furthmüller J, Bechstedt F 2002 Phys. Rev. B 65 155328

    [14]

    Weissker H C, Furthmüller J, Bechstedt F 2004 Phys. Rev. B 69 115310

    [15]

    Nesher G, Kronik L, Chelikowshy J R 2005 Phys. Rev. B 71 035344

    [16]

    Ren S Y 1994 Solid State Commun. 89 587

    [17]

    Xu X F, Shao X H 2009 Acta Phys. Sin. 58 1908 (in Chinese) [徐新发、 邵晓红 2009 物理学报 58 1908]

    [18]

    Chen K, Fan G H, Zhang Y, Ding S F 2008 Acta Phys. Sin. 57 3138 (in Chinese)[陈 琨、 范广涵、 章 勇、 丁少锋 2008 物理学报 57 3138]

    [19]

    Guo J Y, Zheng G, He K H, Chen J Z 2008 Acta Phys. Sin. 57 3740 (in Chinese) [郭建云、 郑 广、 何开华、 陈敬中 2008 物理学报 57 3740]

    [20]

    Shen YB, Zhou X, Xu M, Ding Y C, Duan M Y, Linghu Rong-Feng, Zhu W J 2007 Acta Phys. Sin. 56 3440 (in Chinese) [沈益斌、 周 勋、 徐 明、 丁迎春、 段满益、 令狐荣锋、 祝文军 2007 物理学报 56 3440]

    [21]

    Dang S H, Li C X, Han P D 2009 Acta Phys. Sin. 58 4137 (in Chinese)[党随虎、 李春霞、 韩培德 2009 物理学报 58 4137]

    [22]

    Fujii M, Yamaguchi Y, Takase Y, Ninomiya K, Hayashi S, 2004 Appl. Phys. Lett. 85 1158

    [23]

    Arantes J T, Silva A J R da, Fazzio A 2007 Phys. Rev. B 75 115113

    [24]

    Poddar P, Sahoo Y, Srikath H, Prasad P N 2005 Appl. Phys. Lett. 87 062506

    [25]

    Schmidt T M, Venezuela P, Arantes J T, Fazzio A 2006 Phys. Rev. B 73 235330

    [26]

    Huang X, Makmal A, Chelikowshy J R, Kronik L 2005 Phys. Rev. Lett. 94 236801

    [27]

    Satoh M, Kuriyama K, Kawakubo T 1990 J. Appl. Phys. 67 3542

    [28]

    Itoh K M, Walukiewicz W, Fuchs H D, Beeman J W, Haller E E, Farmer J W, Ozhogin V I 1994 Phys. Rev. B 50 16995

    [29]

    Beole S, Bonvicini V, Burger P, Casse G, Giubellino P, Idzik M, Kolojvari A, Rashevsky A, Riccati L, Vacchi A, Zampa N 2001 Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A 473 319

    [30]

    Grun J, Manka C K, Hoffman C A, Meyer J R, Glembochi O J, Kaplan R, Qadri S B, Skelton E F 1997 Phys. Rev. Lett. 78 1584

    [31]

    Dun S, Lu T, Hu Y, Hu Q, Yu L, Li Z, Huang N, Zhang S. Tang B, Dai J, Resnick L, Shlimak I 2008 J. Lumin. 128 1363

    [32]

    Dun S, Lu T, Hu Y, Hu Q, You C, Huang N 2008 Mater. Lett. 62 3617

    [33]

    Hu Y, Lu T, Dun S, Hu Q, Huang N, Zhang S, Tang B, Dai J, Resnick L, Shlimak I, Zhu S, Wei Q, Wang L 2007 Solid State Comun. 141 514

    [34]

    Hu Y, Lu T, Dun S, Hu Q, You C, Chen Q, Huang N, Resnick L, Shlimak I, Sun K, Xu W, 2009 Scrip. Mater. 61 970

    [35]

    Nigam S, Majumder C, Kulshreshtha S K 2004 J. Chem. Phys. 121 7756

    [36]

    Jing Q, Zhang J, Wang Q L, Luo Y H 2007 Acta Phys. Sin. 56 4477 (in Chinese) [井 群、 张 俊、 王清林、 罗有华 2007 物理学报 56 4477]

    [37]

    Perdew J P, Wang Y 1992 Phys. Rev. B 45 13244

    [38]

    Dolg M, Wedig U, Stoll, H, Preuss H 1987 J. Chem. Phys. 86 866

    [39]

    Asaduzzaman A M, Springborg M 2006 Phys. Rev. B 74 165406

    [40]

    Vasiliev I, Chelikowsky J R, Martin R M 2002 Phys. Rev. B 65 121302(R)

    [41]

    Ossicini S, Iori F, Degoli E, Luppi E, Magri R, Poli R, Cantele G, Trani F, Ninno D 2006 IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 12 1585

    [42]

    Niquet Y M, Allan G, Delerue C, Lannoo M 2000 Appl. Phys. Lett. 77 1182

    [43]

    Hill N A, Whaley K B 1995 Phys. Rev. Lett. 75 1130

    [44]

    Puzder A, Williamson A J, Grossman J C, Galli G 2002 Phys. Rev. Lett. 88 097401

    [45]

    Toshikiyo K, Tokunaga M, Takeoka S, Fujiib M, Hayashia S

    [46]

    Hoffmann H J 1981 J. Appl. Phys. 52 4070

    [47]

    Markevich V P, Hawkins I D, Peaker A R, Emtsev K V, Emtsev V V, Litvinov V V, Murin L I, Dobaczewski L 2004 Phys. Rev. B 70 235213

  • [1]

    Canham L T 1990 Appl. Phys. Lett. 57 1046

    [2]

    2002 Physica E 13 1034

    [3]

    Pavesi L, Dal N L, Mazzoleni C, Franzò G, Priolo F 2000 Nature 408 440

    [4]

    Klimov V I, Ivanov S A, Nanda J, Achermann M, Bezel I, McGuire J A, Piryatinski A 2007 Nature 447 441

    [5]

    Godefroo S, Hayne M, Jivanescu M, Stesmans A, Zacharias M, Lebedev O I, Van T G, Moshchalkov V V 2008 Nat. Nanotechnol. 3 174

    [6]

    Dinh L N, Chase L L, Balooch M, Siekhaus W J, Wooten F 1996 Phys. Rev. B 54 5029

    [7]

    Wu X L, Gao T, Siu G G, Tong S, Bao X M 1999 Appl. Phys. Lett. 74 2420

    [8]

    Zhang J Y, Ye Y H, Tan X L 1999 Appl. Phys. Lett. 74 2459

    [9]

    Hassan K M, Sharma A K, Narayan J, Muth J F, Teng C W, Kolbas R M 1999 Appl. Phys. Lett. 75 1222

    [10]

    Ngiam S T, Jensen K F, Kolenbrander K D 1994 J. Appl. Phys. 76 8201

    [11]

    Maeda Y 1995 Phys. Rev. B 51 1658

    [12]

    Weissker H C, Furthmüller J, Bechstedt F 2002 Phys. Rev. B 65 155327

    [13]

    Weissker H C, Furthmüller J, Bechstedt F 2002 Phys. Rev. B 65 155328

    [14]

    Weissker H C, Furthmüller J, Bechstedt F 2004 Phys. Rev. B 69 115310

    [15]

    Nesher G, Kronik L, Chelikowshy J R 2005 Phys. Rev. B 71 035344

    [16]

    Ren S Y 1994 Solid State Commun. 89 587

    [17]

    Xu X F, Shao X H 2009 Acta Phys. Sin. 58 1908 (in Chinese) [徐新发、 邵晓红 2009 物理学报 58 1908]

    [18]

    Chen K, Fan G H, Zhang Y, Ding S F 2008 Acta Phys. Sin. 57 3138 (in Chinese)[陈 琨、 范广涵、 章 勇、 丁少锋 2008 物理学报 57 3138]

    [19]

    Guo J Y, Zheng G, He K H, Chen J Z 2008 Acta Phys. Sin. 57 3740 (in Chinese) [郭建云、 郑 广、 何开华、 陈敬中 2008 物理学报 57 3740]

    [20]

    Shen YB, Zhou X, Xu M, Ding Y C, Duan M Y, Linghu Rong-Feng, Zhu W J 2007 Acta Phys. Sin. 56 3440 (in Chinese) [沈益斌、 周 勋、 徐 明、 丁迎春、 段满益、 令狐荣锋、 祝文军 2007 物理学报 56 3440]

    [21]

    Dang S H, Li C X, Han P D 2009 Acta Phys. Sin. 58 4137 (in Chinese)[党随虎、 李春霞、 韩培德 2009 物理学报 58 4137]

    [22]

    Fujii M, Yamaguchi Y, Takase Y, Ninomiya K, Hayashi S, 2004 Appl. Phys. Lett. 85 1158

    [23]

    Arantes J T, Silva A J R da, Fazzio A 2007 Phys. Rev. B 75 115113

    [24]

    Poddar P, Sahoo Y, Srikath H, Prasad P N 2005 Appl. Phys. Lett. 87 062506

    [25]

    Schmidt T M, Venezuela P, Arantes J T, Fazzio A 2006 Phys. Rev. B 73 235330

    [26]

    Huang X, Makmal A, Chelikowshy J R, Kronik L 2005 Phys. Rev. Lett. 94 236801

    [27]

    Satoh M, Kuriyama K, Kawakubo T 1990 J. Appl. Phys. 67 3542

    [28]

    Itoh K M, Walukiewicz W, Fuchs H D, Beeman J W, Haller E E, Farmer J W, Ozhogin V I 1994 Phys. Rev. B 50 16995

    [29]

    Beole S, Bonvicini V, Burger P, Casse G, Giubellino P, Idzik M, Kolojvari A, Rashevsky A, Riccati L, Vacchi A, Zampa N 2001 Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A 473 319

    [30]

    Grun J, Manka C K, Hoffman C A, Meyer J R, Glembochi O J, Kaplan R, Qadri S B, Skelton E F 1997 Phys. Rev. Lett. 78 1584

    [31]

    Dun S, Lu T, Hu Y, Hu Q, Yu L, Li Z, Huang N, Zhang S. Tang B, Dai J, Resnick L, Shlimak I 2008 J. Lumin. 128 1363

    [32]

    Dun S, Lu T, Hu Y, Hu Q, You C, Huang N 2008 Mater. Lett. 62 3617

    [33]

    Hu Y, Lu T, Dun S, Hu Q, Huang N, Zhang S, Tang B, Dai J, Resnick L, Shlimak I, Zhu S, Wei Q, Wang L 2007 Solid State Comun. 141 514

    [34]

    Hu Y, Lu T, Dun S, Hu Q, You C, Chen Q, Huang N, Resnick L, Shlimak I, Sun K, Xu W, 2009 Scrip. Mater. 61 970

    [35]

    Nigam S, Majumder C, Kulshreshtha S K 2004 J. Chem. Phys. 121 7756

    [36]

    Jing Q, Zhang J, Wang Q L, Luo Y H 2007 Acta Phys. Sin. 56 4477 (in Chinese) [井 群、 张 俊、 王清林、 罗有华 2007 物理学报 56 4477]

    [37]

    Perdew J P, Wang Y 1992 Phys. Rev. B 45 13244

    [38]

    Dolg M, Wedig U, Stoll, H, Preuss H 1987 J. Chem. Phys. 86 866

    [39]

    Asaduzzaman A M, Springborg M 2006 Phys. Rev. B 74 165406

    [40]

    Vasiliev I, Chelikowsky J R, Martin R M 2002 Phys. Rev. B 65 121302(R)

    [41]

    Ossicini S, Iori F, Degoli E, Luppi E, Magri R, Poli R, Cantele G, Trani F, Ninno D 2006 IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. 12 1585

    [42]

    Niquet Y M, Allan G, Delerue C, Lannoo M 2000 Appl. Phys. Lett. 77 1182

    [43]

    Hill N A, Whaley K B 1995 Phys. Rev. Lett. 75 1130

    [44]

    Puzder A, Williamson A J, Grossman J C, Galli G 2002 Phys. Rev. Lett. 88 097401

    [45]

    Toshikiyo K, Tokunaga M, Takeoka S, Fujiib M, Hayashia S

    [46]

    Hoffmann H J 1981 J. Appl. Phys. 52 4070

    [47]

    Markevich V P, Hawkins I D, Peaker A R, Emtsev K V, Emtsev V V, Litvinov V V, Murin L I, Dobaczewski L 2004 Phys. Rev. B 70 235213

  • [1] 杨静, 冯少蓉, 张涛, 牛旭平, 王荣, 李敏, 于润升, 曹兴忠, 王宝义. B位空位补偿型钐掺杂PZT(54/46)陶瓷中的缺陷分析及其对压电性能的影响. 物理学报, 2024, 73(7): 077701. doi: 10.7498/aps.73.20231872
    [2] 李发云, 杨志雄, 程雪, 甄丽营, 欧阳方平. 单层缺陷碲烯电子结构与光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2021, 70(16): 166301. doi: 10.7498/aps.70.20210271
    [3] 陈东运, 高明, 李拥华, 徐飞, 赵磊, 马忠权. MoO3/Si界面区钼掺杂非晶氧化硅层形成的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(10): 103101. doi: 10.7498/aps.68.20190067
    [4] 张梅玲, 陈玉红, 张材荣, 李公平. 内在缺陷与Cu掺杂共存对ZnO电磁光学性质影响的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(8): 087101. doi: 10.7498/aps.68.20182238
    [5] 王立鹏, 江新标, 吴宏春, 樊慧庆. 氮化铀热中子截面的第一性原理计算. 物理学报, 2018, 67(20): 202801. doi: 10.7498/aps.67.20180834
    [6] 林俏露, 李公平, 许楠楠, 刘欢, 王苍龙. 金红石TiO2本征缺陷磁性的第一性原理计算. 物理学报, 2017, 66(3): 037101. doi: 10.7498/aps.66.037101
    [7] 侯清玉, 李勇, 赵春旺. Al掺杂和空位对ZnO磁性影响的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(6): 067202. doi: 10.7498/aps.66.067202
    [8] 兰生, 李焜, 高新昀. 基于分子动力学的石墨炔纳米带空位缺陷的导热特性. 物理学报, 2017, 66(13): 136801. doi: 10.7498/aps.66.136801
    [9] 张燕如, 张琳, 任俊峰, 原晓波, 胡贵超. Gd掺杂ZnO纳米线磁耦合性质的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(17): 178103. doi: 10.7498/aps.64.178103
    [10] 廖建, 谢召起, 袁健美, 黄艳平, 毛宇亮. 3d过渡金属Co掺杂核壳结构硅纳米线的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(16): 163101. doi: 10.7498/aps.63.163101
    [11] 王永贞, 徐朝鹏, 张文秀, 张欣, 王倩, 张磊. Ge掺杂对InI导电性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(23): 237101. doi: 10.7498/aps.63.237101
    [12] 李宇波, 王骁, 戴庭舸, 袁广中, 杨杭生. 第一性原理计算研究立方氮化硼空位的电学和光学特性. 物理学报, 2013, 62(7): 074201. doi: 10.7498/aps.62.074201
    [13] 令狐佳珺, 梁工英. In掺杂ZnTe发光性能的第一性原理计算. 物理学报, 2013, 62(10): 103102. doi: 10.7498/aps.62.103102
    [14] 梁培, 刘阳, 王乐, 吴珂, 董前民, 李晓艳. 表面悬挂键导致硅纳米线掺杂失效机理的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(15): 153102. doi: 10.7498/aps.61.153102
    [15] 杨平, 王晓亮, 李培, 王欢, 张立强, 谢方伟. 氮掺杂和空位对石墨烯纳米带热导率影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2012, 61(7): 076501. doi: 10.7498/aps.61.076501
    [16] 何旭, 何林, 唐明杰, 徐明. 第一性原理研究空位点缺陷对高压下LiF的电子结构和光学性质的影响. 物理学报, 2011, 60(2): 026102. doi: 10.7498/aps.60.026102
    [17] 陈国栋, 王六定, 安博, 杨敏. 碳掺杂硼氮纳米管电子场发射的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(13): 254-S258. doi: 10.7498/aps.58.254
    [18] 杨敏, 王六定, 陈国栋, 安博, 王益军, 刘光清. 碳掺杂闭口硼氮纳米管场发射第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7151-7155. doi: 10.7498/aps.58.7151
    [19] 袁剑辉, 程玉民, 张振华. 空位结构缺陷对C纳米管弹性性质的影响. 物理学报, 2009, 58(4): 2578-2584. doi: 10.7498/aps.58.2578
    [20] 欧阳方平, 徐 慧, 魏 辰. Zigzag型石墨纳米带电子结构和输运性质的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(2): 1073-1077. doi: 10.7498/aps.57.1073
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-11-24
  • 修回日期:  2009-12-30
  • 刊出日期:  2010-09-15

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