摘要：由于Si基发光材料能与现有的Si微电子工艺兼容,其应用前景被广泛看好.设计具有直接带隙的Si基材料,备受实验和理论研究者的关注.本文根据芯态效应、电负性差效应和对称性效应设计了Si基超晶格Si1-xSnx/Si.其中Si0.875Sn0.125/Si为直接带隙材料.在密度泛函框架内,采用平面波赝势法计算表明,Si0.875Sn0.125/Si为直接带隙超晶格,最小带隙在Γ点.进一步采用准粒子近似方法计算,我们预测该材料的带隙值为0.96eV.

摘要：具有特定功能的半导体材料的计算设计,是计算材料科学的一个重要研究领域.由于半导体的诸多性质取决于价带顶和导带底的电子态及其中的载流子分布,因此带隙的大小和能带极值的对称性便成为半导体材料设计最受关注的问题.为了进一步解决硅基光电子集成(OEIC)技术发展的瓶颈,设计具有直接带隙特性的硅基新材料并使其成为有效的光发射体,是一项富有挑战性的工作.本文在分析大量半导体能带结构的基础上,给出类sp系列半导体由间接带隙过渡到直接带隙的主要物理机制,并以对称性概念、芯态效应和电负性差效应为基础,提出一种新的直接带隙半导体材料设计方案.根据这个方案所表达的设计思想,我们对当前十分受关注的硅基光发射材料进行了计算设计.结果发现,用VI族元素在硅生长时进行周期性插层的、具有正交和四角点群对称性的人工微结构材料VIA/Sim/VIB/Sim/VIA具有直接带隙特性.其中当m=5或奇数时,材料有四角结构对称性,而m=6或偶数时是正交结构对称性.VIA(B)是在生长方向生长的单层VI族元素.这类材料的优点在于可自然地与硅实现晶格匹配,与微电子技术相兼容,并可较容易的用现行的MBE、MOCVD或UHV-CVD生长方法实现.预期这类新材料及其相应器件的研制开发,将大大开拓全硅OEIC和硅光子集成(PIC)技术的进一步发展.

摘要：评述近年来在半导体量子结构电子态理论应用于 Si基光电子材料设计方面的重要进展 .着重对有直接高技术应用背景的论题进行讨论和展望 .最近关于 Si纳米晶光增益和纳米硅 /氧超晶格材料超稳定电致发光等具有突破性发现的实验研究成果具有重要意义 .对本课题组在该领域的主要贡献及最近关于 Si/ O超晶格结构的理论研究进展也作简要报道 .这些研究正酝酿着信息领域光电子集成技术的重大突破 .

摘要：描述多电子体系的绝大部分参量可实验测量,如吸收光谱、发光光谱和激子效应等,都涉及电子激发态的正确描述。密度泛函理论(DFT)框架内的局域密度近似(LDA)作为第一性原理基态理论,即基于Kohn Sham方程的解,是研究多粒子体系基态性质非常有力的工具。然而,体系激发态的第一性原理理论及其计算要比基态的理论计算复杂得多。关键问题在于描写基态和激发态时,粒子间的交换关联相互作用并不相同,而对于非均匀相互作用多粒子体系的交换关联能至今仍不清楚。不过,近年来关于激发态问题的研究,先后发展了许多描述电子激发态的理论,最重要的是基于准粒子概念和Green函数方程的多体微扰理论和含时间密度泛函理论(TDDFT)以及与此相关的描述电子空穴相互作用的Bethe Salpeter方程在凝聚态物理问题中的应用。其中最关键的物理量是粒子的自能算符Σ,它描述Hartree近似之外的交换和关联效应。虽然这些理论不可避免地也要引入某些近似,如对于Σ的一个好的近似就是Hedin的GW近似方法。对许多实际凝聚态体系的计算机模拟结果表明,GW近似是描述激发态问题相当成功的理论方法。将Hartree Fock(HF)理论与LDA相结合,但采用非局域屏蔽交换代替HF方法中的局域非屏蔽交换相互作用,建立广义的KS方程(GKS),得到所谓屏蔽交换局域密度近似(sX LDA)方法。我们在平面波自洽场方法PWscf程序包的基础上,发展了PWscf sX LDA方法,也是处理激发态问题及材料设计的有效方法。将评述激发态过程多体理论各种方法的发展和意义,讨论这些多体理论方法之间的联系和差异,并在此基础上介绍它们在解决半导体带带跃迁(或带隙偏小问题)、半导体及其微结构中的激子效应等重要领域的应用和成果。

摘要：对聚光型太阳电池表面栅极图形进行优化设计。对组成太阳电池表面栅电极的图形最小单元的各种功率损失进行了详细分析,得到了最佳栅电极间距的递推公式。优化计算了各种宽度的次栅之间的间距,并得到了相对应的功率损失比例。电极和半导体接触良好时,当次栅间距小于最佳值,电极的遮挡对于功率损失影响最大;而当次栅间距大于最佳值时,太阳电池体材料输运功率损失和次栅电极电流输运功率损失开始成为主要原因。对于高倍聚光型太阳电池来说,次栅电极的厚度相对要求厚一些。计算及分析结果可应用于聚光型太阳电池电极的设计中。

摘要：通过作者最近建立的关于电力半导体器件 GAT的集电结耗尽层电位分布和电场分布的二维解析模型即《GAT栅屏蔽效应二维解析模型》、《GAT实现高频率与高基区穿通电压兼容特性分析》以及《GAT实现高电流增益与高雪崩击穿电压兼容特性分析》,定量研究了优化设计 GAT的材料参数和结构参数的关系。

摘要：由于Si基光发射材料具有与先进的Si微电子技术兼容和成本低廉的优势 ,一直是光电子集成 (OEIC)工程应用的首选材料。但由于体材料Si是一种间接带隙半导体 ,不可能成为有效的光发射体。如何通过已有的物理学原理和可行的微加工技术把它改造成为有效的发光材料 ,甚至成为严格意义上的直接带隙材料 ,给实验研究工作者和材料设计理论工作者提出了挑战。除多孔Si之外 ,最近已有若干令人鼓舞的方案 ,包括Si纳米晶、Si/O超晶格和注硼位错工程等方法 ,实现了Si基材料的有效发光试验。本文在分析其中最令人关注的进展的基础上 ,认为要实现高效率、高响应速率的Si基发光材料 ,以适应超高速、大容量信息处理和传输的要求 ,较好的途径是直接设计出具有直接带隙的Si基材料。因为避免界面态参与发光过程 ,对于提高响应速度至关重要。但是如何设计直接带隙的半导体材料并没有现成的规则可依循。我们建议一个经验的对称性法则 ,并设计出一种新的硅基超晶格。通过计算机模拟计算表明 ,其中Se/Si10 /Se/Si10 /Se超晶格具有相当理想的直接带隙特征 ,其带隙处于红外波段。预期这类新材料及有关器件会有优越的光发射和各种光学性能 ,其制作也可方便地与硅微电子工艺兼容。因此 。

摘要：Si基光发射材料由于它具有与先进的Si微电子技术兼容和成本低廉的优势,是光电子集成(OEIC)工程应用的首选材料.但由于体材料Si属于间接带隙半导体,不可能成为有效的光发射体.如何设计具有直接带隙硅基材料,备受实验研究工作者和材料设计理论工作者的关注.本文介绍一种新的硅基超晶格Ⅵ(A)/Sim/Ⅵ(B)/Sim/Ⅵ(A)的能带结构计算.在密度泛函理论框架内,采用混合基从头算赝势法模拟计算表明,其中Se/Si6/O/Si6/Se及Se/Si6/S/Si6/Se超晶格具有相当理想的直接带隙特征,其带隙处于红外波段.预期这类新材料及有关器件会有优越的光发射和各种光学性能,其制作也可较方便地与硅微电子工艺兼容.预计该材料在信息光电子领域将有强大的应用潜力.

摘要：根据对InGaAsP－InP分别限制量子阱激光器结构的注入效率的分析和利用X射线衍射对InGaAsP－InP20个周期的多量子阱结构异质界面的研究，设计、制备了4个阱的InGaAsP－InP分别限制量子阱激光器结构。利用质子轰击制得条形激光器。阈值电流为100mA，直流室温连续工作。单面输出外微分量子效率为36％。

摘要：利用冻结势LMTO方法计算应变层超晶格(SLS)的电子结构,发现平均键能E_m主要由界面电荷转移效应决定,而E_m和价带顶能量E_m之差△E_n^m主要由应变效应决定,用应变材料的E_m为参考能级,可以由应变体材料的△E_n^m值直接给出SLS的价带能量偏移△E_n,所用到的不同应变状态下的△E_n^m(a∥)图可作为能带裁剪和设计特殊性能的SLS系统的重要参考标准。