Diffusion of hydrogen atoms in silicon layers deposited from molecular beams on dielectric substrates
本文详细研究了分子束低温真空条件下在多层Si $_3$ N $_4$ /SiO $_2$ /c-Si衬底上生长非氢化非晶硅和多晶硅薄膜的过程。氢原子从电介质层扩散到生长膜中被示出为伴随着硅膜在通过CVD沉积的Si $_3$ N $_4$层上或在通过硅晶片的热氧化获得的SiO $_2$层上的生长。利用傅里叶变换红外光谱研究了氢从介质衬底向硅膜迁移的过程。红外光谱中与N-$-$ H键振动相关的谱带处红外吸收的减少和与Si-$-$ N键振动相关的谱带处红外吸收的增加表明，在从分子束沉积Si期间，氢原子离开Si $_3$ N $_4$层。在沉积在Si $_3$ N $_4$和SiO $_2$层上的样品的IR光谱中出现的、归属于Si $-$ H键在$\sim 2100$ cm $^{-1}$处的价振动的吸收带表明氢原子在硅膜中的积累。介电层和硅膜中的氢原子的化学势差解释了氢原子从Si $_3$ N $_4$或SiO $_2$层转移到生长的硅膜中。
2019-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Low temperature silicon epitaxy on hydrogen terminated Si(100) surfaces
用扫描隧道显微镜研究了300 - 530K温度下H端Si（100）-2x1和3x1表面上Si的沉积。氢明显阻碍Si吸附原子的扩散，增强表面粗糙化。分析了生长后的退火效应。氢显示出保持在生长前沿上至少10 ML。3 × 1表面上的二氢化物单元进一步抑制Si吸附原子扩散并增加表面粗糙度。
2003-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion of hydrogen in crystalline silicon
用紧束缚分子动力学计算了氢在晶体硅中的扩散系数。我们的结果是在良好的定量协议与Panzarini和Colombo的早期研究[物理。73，1636（1994）]。然而，虽然我们的计算表明，在高温下，长跳跃占主导地位的单跳，没有突然的变化，可以观察到的扩散系数随着温度的降低。因此，（经典的）Arrhenius扩散参数应该外推到低温。
1999-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Effects of hydrogen pressure on hydrogenated amorphous silicon thin films prepared by low-temperature reactive pulsed laser deposition
我们采用反应脉冲激光沉积法在120 ℃的低温下，在0-20 Pa的不同氢压范围内沉积了本征氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜，并研究了薄膜的氢掺入、结构、光学和电学性质随环境氢压的变化。膜厚随氢压的增加而线性减小。薄膜的氢含量由红外光谱和光学带隙由UV-Vis-NIR透射率和反射率测量确定。电测量产生的暗电导率的膜。薄膜的氢浓度在10^21-10^22 cm^（-3）范围内，并随氢压的增加而增加，直到后者达到15 Pa，超过该值，氢浓度降低。薄膜的光学带隙和暗电导率随氢浓度的变化而变化。暗电导率在10^（-9）-10 ^（-10）S/cm范围内。观察到2.2-2.6 eV的异常宽的光学带隙。
2017-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Study of volume and surface plasmons in small silicon-hydrogen nanoclusters by GW method
对Si和Si-氢纳米团簇中的表面和体积等离子体激发进行了数值计算，范围为Si $_{10}$ -Si $_{60}$和Si $_3$ H $_8$ -Si $_{39}$ H $_{40}$。一些纳米团簇结构是使用进化算法获得的，其他的是从数据库中获得的。采用GW法计算了结构的响应函数和自能。所应用的方法显示出与实验一致的结果（除了plasmaron文物）和足够的灵敏度，允许调查的集群结构和大小对等离子体激发的特定属性的影响。在所研究的硅和硅氢纳米团簇中，表面是影响等离子体激元性质的关键因素之一。团簇表面硅悬挂键的钝化改变了等离子体激元的频率，并显着降低了它们的阻尼。它使得表面和体积等离子体振子即使在小的集群是清楚地区分。
2018-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Density-Functional Theory Study of Hydrogen Induced Platelets (HIPs) in Silicon
在这篇文章中，我们提出的密度泛函理论（DFT）的计算结果的血小板作为模拟的无限平面排列的氢原子和空位在（100）平面的硅。通过观察松弛的片状结构，并将它们的能量与溶解在硅中的氢分子的能量进行比较，我们能够证明几个特征。插入在Si-Si键中间的氢原子的平面排列被证明是不稳定的，并且Si键必须被破坏以使片晶稳定。在（100）平面中，最稳定的构型是具有两个Si-H键的构型（所谓的SiH 2结构）。有可能产生SiH 3结构，其比溶解在Si块体中的氢更稳定但小于SiH 2结构，但在实验中有时观察到的SiH 1或SiH 4证明是不稳定的。
2011-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Density-functional theory calculation of hydrogen solubility in cubic silicon carbide at finite temperatures
Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
利用密度泛函理论从头算框架预测纯净和缺陷β-SiC中的氢溶解度，发现碳富集非化学计量非晶结构和硅空位显著增强氢溶解度。
2026-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Thermally-Induced Structural Evolution of Silicon- and Oxygen-Containing Hydrogenated Amorphous Carbon
采用X射线光电子能谱、吸收光谱和分子动力学（MD）模拟研究了含硅和氧的氢化非晶碳（a-C：H：Si：O）的热致结构演化.光谱结果表明，在氢化非晶碳（a-C：H）中引入Si和O，提高了sp3-C向sp2-C转化的活化能。分子动力学模拟表明，a-C：H：Si：O的热稳定性高于a-C：H，这是由于a-C：H：Si：O中应变C-C sp3键的比例较低。
2017-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Simulation of hydrogen diffusion and boron passivation in crystalline silicon
本文应用早期发展的氢迁移模型和氢原子与电活性杂质反应模型，模拟了掺硼硅衬底等离子体氘化过程中的氢扩散和钝化过程。计算的氘浓度分布同意以及在钝化区域的长度与在氢等离子体中在200摄氏度的温度下处理5，10和15分钟获得的实验数据。另一方面，为了实现一个很好的拟合的钝化和未钝化区域之间的计算出的配置文件的dielectness，它是必要的假设，描述由电活性掺杂剂原子的氢的吸收的参数的值随着钝化区域的深度的增加而减少。例如，在等离子体处理期间产生的非平衡点缺陷的不均匀空间分布可导致氢吸收的空间依赖性。
2013-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Infrared spectroscopy of hydrogenated and chlorinated amorphous silicon
给出了氢化和氯化非晶硅薄膜的红外透射谱随氯浓度和退火温度的变化。随着氯含量的增加，观察到2100 cm-1带强度的增加。我们将这种效应与SiH 2Cl 2的存在，混合配置。的Sic 1伸缩带，位于545 cm-1的未退火的样品中，连续移位高达590 cm-1的退火温度的增加。这种置换归因于SiCl 2物质在500°C左右占优势以及它们在700°C以上转化为SiCl 2物质和SiCl 2分子。
2021-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Ternary Hypervalent Silicon Hydrides via Lithium at High Pressure
氢很少被观察到作为超价物种的配体，然而，我们发现高压氢化可以稳定超价富氢材料。在锂掺杂的三元硅单晶中，我们发现在高压下形成了由高价硅和氢配体组成的阴离子。我们的研究结果揭示了两个新的超价阴离子：层状SiH $_{5}^{-}$和三帽三角棱柱SiH $_{6}^{2-}$。这些不同于早期研究中描述的八面体SiH $_{6}^{2-}$。此外，还有可在高压下稳定的其它富氢结构Li $_{3}$ SiH $_{10}$和Li $_{2}$ SiH $_{6+δ}$。我们的工作为今后对富氢材料的研究提供了指导。
2020-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Two-level systems and growth-induced metastability in hydrogenated amorphous silicon
从2到300 K的比热测量由热线化学气相沉积制备的氢化非晶硅在低温下显示出一个大的过剩比热，显着大于德拜比热计算从声速。所制备的薄膜具有与非晶网络中的亚稳态氢相关的肖特基异常，以及通常与非晶态固体中的隧穿二能级系统相关的大的线性和过量立方项。在200 °C下退火，该温度使氢迁移但不蒸发，不可逆地降低了热容，消除了肖特基异常并留下降低的线性热容。生长温度和H含量的非单调依赖关系，观察在所有的效果，除了声速，这表明隧道二能级系统和肖特基异常与原子氢，并需要低密度区域形成，而声速与硅网络，并提高随着生长温度的增加。
2020-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen/nitrogen/oxygen defect complexes in silicon from computational searches
Point defect complexes in crystalline silicon composed of hydrogen, nitrogen, and oxygen atoms are studied within density-functional theory (DFT). Ab initio Random Structure Searching (AIRSS) is used to find low-energy defect structures. We find new lowest-energy structures for several defects: the triple-oxygen defect, {3O}, triple oxygen with a nitrogen atom, {N, 3O}, triple nitrogen with an oxygen atom, {3N,O}, double hydrogen and an oxygen atom, {2H,O}, double hydrogen and oxygen atoms, {2H,2O} and four hydrogen/nitrogen/oxygen complexes, {H,N,O}, {2H,N,O}, {H,2N,O} and {H,N,2O}. We find t…
2009-08-12 cond-mat.mtrl-sci
On the Structural and Optical Properties of Sputtered Hydrogenated Amorphous Silicon Thin Films
本文主要研究了射频阴极溅射法制备的氢化非晶硅薄膜（a-Si：H）的光学和结构特性。我们分别研究薄膜沉积过程中的氢分压的影响，以及沉积后的热退火对层的主要光学特性，如折射率，光学带隙和Urbach能量的影响。使用掠射X射线反射测量技术，薄膜的结构特性检查后立即薄膜沉积以及表面氧化或退火后。我们表明，低氢压力允许层中的悬挂键饱和，而高剂量导致产生新的缺陷。我们还表明，在中等温度下的热退火提高了沉积层的结构质量。对于刚沉积后检查的膜，氢的作用出现在其密度的增加。对于那些在环境中短暂停留后进行分析的人来说，氢对他们的表面氧化起着保护作用。这种作用消失了很长一段时间留在周围。非晶硅;掠入射X射线;氢;光学性质;穿透深度;反射法;热退火;薄膜; PACS编号61.10.K - 61.43.D - 68.55.JK - 68.55.81.15.A
2002-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen reactions with dopants and impurities in solar silicon from first principles
该研究基于第一性原理从理论层面分析太阳能级硅中氢与掺杂剂、杂质的各类反应，揭示其与硅光伏电池寿命衰减尤其是LeTID的关联，明确反应机制与陷阱归属，为光伏器件性能优化提供理论支撑。
2024-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio estimate of temperature dependence of electrical conductivity in a model amorphous material: hydrogenated amorphous silicon
我们提出了一个从头计算的直流电导率的非晶硅和氢化非晶硅。Kubo-Greenwood公式被用来获得直流电导率，通过热平均超过扩展的动态模拟。它的应用无序固体进行了讨论。电导率计算了一个很宽的温度范围内，掺杂是探索在一个天真的方式，通过移动费米能级。我们观察到了Meyer-Neldel电导率规则，其中E_MNR = 0.06 eV，a-Si：H的电阻温度系数为电阻温度系数TCR ~ -2.0% K^-1。在一般情况下，实验趋势再现这些计算，这表明在其他无序系统的载流子输运建模的方法可能的效用。
2007-06-03 cond-mat.mtrl-sci
An optically enhanced crystalline silicon allotrope: hydrogen passivated type II silicon clathrate
针对硅笼形物光电性能受高掺杂和缺陷限制的问题，本研究通过远程等离子体处理实现氢（氘）掺入II型硅笼形物，形成NaD和SiD复合物降低施主密度与缺陷，提升发光强度40倍且性能稳定，为其光电器件应用提供新策略。
2025-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Local anodic oxidation on hydrogen-intercalated graphene layers: oxide composition analysis and role of the silicon carbide substrate
我们研究了纳米级局部阳极氧化（LAO）的氢插层石墨烯生长的碳化硅（SiC）的控制升华。扫描探针显微镜（SPM）被用作光刻和表征工具，以调查的纳米制造结构的局部性能。石墨烯氧化过程后观察到的异常厚度与LAO对衬底的影响有关。显微拉曼光谱被用来证明存在两个氧化制度取决于所施加的偏压。我们表明，部分和全部单层石墨烯的蚀刻可以通过调整偏置电压在LAO。最后，通过扫描电子显微镜和能量色散谱（EDS）实现了完整的组成表征。
2018-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Experimentally Constrained Molecular Relaxation: The case of hydrogenated amorphous silicon
我们已经将我们的实验约束分子弛豫技术（P. Biswas { \it et al}，Phys. Rev. B { \bf 71} 54204（2005））扩展到氢化非晶硅：构建了具有7.4%氢的540原子模型和具有22%氢的611原子模型。从一个随机构型出发，利用物理相关约束、{ \it ab initio}相互作用和实验静态结构因子，我们构建了氢化非晶硅的真实模型。我们的模型证实了存在一个高频局域带的振动态密度由于Si-H振动，已观察到在最近的振动瞬态光栅测量等离子体增强化学气相沉积薄膜的氢化非晶硅。
2007-09-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Metallization of the β-SiC(100) 3\times2 Surface: a DFT Investigation
本文用密度泛函理论（DFT）研究了不同氢化程度的β重构碳化硅（001）（3x 2）表面的电子结构和振动动力学。这些结果是用具有广义梯度交换关联函数的密度泛函理论得到的。计算表明，金属化可以通过占据第二硅层的氢原子来实现。第二硅层位置上的氢占据的进一步增加导致该金属化的损失。对于前一种情况，金属化发生，我们发现了一个新的振动模式在1870 cm-1，这是不同于模式与氢原子上的第一层。此外，我们发现氢原子从第二硅层移动到第三硅层的扩散势垒为258 meV。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Atomic defects of the hydrogen-terminated Silicon(100)-2x1 surface imaged with STM and nc-AFM
氢封端的硅（100）-2x1表面（H-Si（100）-2x1）为原子级器件的开发提供了一个有前途的平台，最近的工作表明它们是通过表面氢原子的精确解吸而产生的。虽然使用原位方法常规地产生具有相对大面积的氢封端的2x 1表面的样品，但是也不可避免地形成表面缺陷，从而减少了可用于图案化的面积。在这里，我们提出了一个目录的几个常见的缺陷的H-Si（100）-2x1表面。通过使用扫描隧道显微镜（STM）和非接触式原子力显微镜（nc-AFM）的组合，我们能够提取有用的信息，这些缺陷的原子和电子结构。这允许确认几种常见缺陷的文献分配，以及先前未报告和未分配缺陷的拟议分类。通过更好地了解这些缺陷的结构和起源，我们迈出了第一步，最终实现更一致和可靠的原子级器件制造。
2020-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Interstitial Transition Metal Doping in Hydrogen Saturated Silicon Nanowires
我们报告了第一原理系统的研究氢饱和硅纳米线（H-SiNW）的原子，电子和磁性的过渡金属（TM）原子掺杂放置在不同的间隙网站。我们的结果在传统的GGA+U的方法得到了证实，使用混合功能。为了揭示表面效应，我们检查了沿[001]方向的直径约为2nm的H-SiNW的三种不同的可能的刻面。所有替代配置的掺杂和由此产生的电子和磁性的能量学检查。我们发现，除了Ti，所得到的系统具有不同的磁矩的磁基态。虽然H-SiNW最初是非磁性半导体，但它们通常在TM掺杂后变成铁磁金属。甚至在特定情况下，它们也会表现出半金属的行为。我们的研究结果表明，H-硅纳米线可以功能化的TM杂质，这将导致新的电子和自旋电子器件在纳米尺度上。
2012-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure, vacancies and moments of nuclear magnetic resonance of hydrogenated amorphous silicon
最近的氢化非晶硅红外吸收光谱实验表明，当氢浓度高达14%时，样品中存在单空位和双空位。出于这一观察，我们研究了氢的微观结构中的两个模型网络的富氢非晶硅的分布（氢），缺陷的存在下，特别强调的性质，以及在低和高浓度的氢的核磁共振谱的特征。我们的研究揭示了空缺的存在，这是模型网络的内置功能。该研究还证实了网络中存在各种氢化物构型，包括从硅单晶和硅双晶到开链状结构，这些结构已在红外和核磁共振实验中观察到。根据网络中自旋（氢）分布的知识计算了核磁共振谱的宽线宽和窄线宽。
2010-08-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Thermal emission of hydrogenated amorphous silicon microspheres in the mid-infrared
本研究探究氢化非晶硅微球的中红外热发射特性，明确其声子峰来源与耦合机制，分析不同激发强度下的结构变化规律，为相关微纳光子器件研发提供实验依据。
2025-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Investigating rare diffusion events in silicon by temperature-accelerated tight-binding molecular dynamics
提交人撤回
2007-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of hydrogen in silicon at finite temperatures from first-principles
硅中的氢点缺陷仍然是未解决的问题，其揭示是硅技术未来发展的基础。其中一个悬而未决的问题是原子氢凝聚成分子在硅淬火从$T\sim700\,^{\circ}$ C以上到室温的机制。基于第一性原理计算，在简谐近似下研究了有限温度下氢单体和氢二聚体的热力学性质。生成自由能表明，与高温下的H $^{+}$相比，H $^{-}$的布居数不能忽略.结果使我们能够提出，形成的分子发生在冷却过程中，在温度窗口$T\sim700\textrm{-}500\,$ K，高于该温度窗口的分子碰撞与硅-硅键和解离，低于该温度窗口的H $^{-}$的分数变得可以忽略不计。H $^{-}$的形成，最值得注意的是一个快速扩散的中性物种也可以提供一个解释的表观\emph{accelerated}扩散率的原子氢在高温下相比，从低温下进行的测量外推的数字。我们最后表明，所观察到的分子的扩散率是更好地描述后，假设他们几乎是自由转子，所有沿最小能量路径，包括在过渡态。
2022-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Strain engineering of doped hydrogen passivated silicon quantum dots
本文通过第一性原理研究，揭示了掺杂与应变对氢钝化硅量子点稳定性、能隙及电子性质的耦合影响，并提出了相关解析表达式。
2025-04-21 cond-mat.mtrl-sci
ab inito local vibrational modes of light impurities in silicon
我们已经开发了一个公式的密度泛函微扰理论的计算振动频率的分子和固体，它使用数值原子轨道作为基础设置的电子状态。从密度矩阵的一阶变化直接提取（谐波）动力学矩阵，相对于从平衡位形的无穷小原子位移。我们用这种方法研究了硅中一些与氢有关的络合物和轻杂质的振动性质。动力学矩阵的对角化提供了振动模式和频率，包括与缺陷相关的局部振动模式（LVMs）。除了测试简单的分子，结果间隙氢，氢二聚体，空位氢和自我间隙氢复合物，硼氢对，取代C，和几个O-相关的缺陷在C-Si。相对于实验的平均误差为0.60预测的LVMs是约2%，最高谐波模式非常接近，更多的非谐波模式在测量值的5-6%内。
2001-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of Process of Diffusion of Interstitial Oxygen Atoms and Interstitial Hydrogen Molecules in Silicon and Germanium Crystals: Quantumchemical Simulation
本文对硅、锗晶体中间隙氧原子和氢分子的扩散过程进行了理论分析。计算了间隙氧原子Ea（Si）= 2.59 eV，Ea（Ge）= 2.05 eV，D（Si）= 0.28 cm ~ 2s ~（-1），D（Ge）= 0.39 cm ~ 2s ~（-1）和间隙氢分子Ea（Si）= 0.79-0.83 eV，Ea（Ge）= 0.58-0.62 eV，D（Si）= 7.4 × 10（-4）cm ~ 2·s ~（-1），D（Ge）= 6.5 × 10（-4）cm ~ 2·s ~（-1）与实验值符合得很好，并首次较好地描述了Si和Ge晶体中间隙氧原子和氢分子扩散常数的实验温度关系。研究表明，对于与晶格（间隙氧原子）具有强相互作用的杂质原子的情况，扩散过程具有协同性质--激活能和指前因子由三个最近晶格原子的最佳位置控制。对于具有弱相互作用（间隙氢分子）的扩展缺陷的情况，扩散过程由受到与氢分子旋转相关的波动的激活势垒确定。本文还讨论了静水压力对扩散过程的影响。
2006-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Network structure and dynamics of hydrogenated amorphous silicon
本文讨论了当前的从头算计算机模拟技术在氢化非晶硅（a-Si：H）中的应用。我们首先讨论了材料中配位缺陷数量的热涨落及其温度依赖性。我们将其与释放与Si原子键合的H的“波动键中心脱离”机制联系起来。接下来，从扩展的热MD模拟，我们说明了各种机制的H运动。晶格的动力学，然后链接到电子，我们指出，平方电子晶格耦合（和热诱导的均方变化的电子能量本征值）是鲁棒性的共轭状态的本地化成正比，如果本地化与参与率的倒数测量。最后，我们讨论了Staebler-Wronski效应使用这些方法，并认为，一个复杂的局部加热图片（基于合理的计算的电子晶格耦合和分子动力学模拟）解释的现象的重要方面。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational zero point energy for H-doped Silicon
大部分的研究解决在半导体系统中的氢参数的计算，如硅，进行在零温度T=0 K和不占振动零点能（ZPE）的贡献。然而，对于诸如氢（H）的轻质原子，该参数的量值可能是不可忽略的。本文旨在阐明在分析硅中氢的行为及其对硅电子性质的影响时，考虑零点振动的重要性。为此，我们估计ZPE的不同位置和电荷状态的H在Si中。我们发现，ZPE的主要贡献是来自沿Si-H键的振动，而从其他Si原子的贡献，除了直接Si-H键发挥没有作用。它表明，会计的ZPE减少氢的形成能约0.17 eV，这意味着在低温下忽略ZPE，可以低估氢的溶解度几个数量级。相反，ZPE对Si中H的电离能的影响可以忽略不计。这些结果对于用非弹性中子散射表征Si的振动特性以及理论估算Si中H的浓度具有重要意义。
2014-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Meyer-Neldel and anti-Meyer-Neldel rule in microcrystalline silicon and silicon carbide examined with Hall measurements
利用变温霍尔测量方法研究了轻掺磷氢化微晶硅（$μ$ c-Si：H）和未掺杂氢化碳化硅（$μ$ c-SiC：H）中的电子输运性质.材料性质涵盖不同的堆叠和掺杂浓度。对于$μ$ c-Si：H样品，载流子浓度通过电子轰击和随后的缺陷分步退火而改变。我们描述的行为的电导率，迁移率和载流子浓度的迈耶-内德尔规则（MNR）和反MNR。我们提出了第一个样本之间切换。理论检验利用反MNR来描述电子室温性质，并扩展了统计位移模型。
2019-08-18 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles study of carbon-related energy levels in GaN: Part II - Complexes formed by carbon and hydrogen, silicon or oxygen
这项工作提出了一个深入的调查组成的复合物的性质的氢，硅或氧与碳，这是主要的无意杂质在未掺杂的GAN。这份手稿是对我们以前关于碳-碳和碳-空位复合物的工作的补充。在广义Kohn-Sham密度泛函理论的框架内，采用Heyd-Scuseria-Ernzerhof混合泛函的第一性原理方法.考虑了不同电荷态的两个H-C、四个Si-C和五个O-C配合物。经过全几何弛豫，得到了形成能、结合能以及热跃迁和光跃迁能级。计算出的能级与实验观察到的碳相关陷阱能级进行了系统的比较。此外，我们计算了所选缺陷复合物的振动频率，并在考虑两种不同情况的低，中，高碳掺杂情况下估计了缺陷浓度，其中电活性缺陷：（a）只有碳和空位，（b）不仅碳和空位，而且氢，硅和氧。我们证实了$\mathrm{C_N}$是GAN中的主要受主。除此之外，大量的$\mathrm{Si_{Ga}-C_N}$复合物以中性形式存在。这种复合物是在未掺杂的$n$型GAN中观察到的未知形式的碳的可能候选者。
2017-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependent vibrational spectra in non-crystalline materials: application to hydrogenated amorphous silicon
基于从头算分子动力学、改进的信号处理技术和计算机可视化技术，提出了一种新的无参数非晶态材料结构、动力学和电子性质的模拟方法。该方法已被广泛测试，通过调查氢和硅动力学在氢化非晶硅（a-Si：H）。通过比较理论和实验的振动光谱，我们演示了如何将振动特性与结构稳定性，成键和氢扩散。我们提取的微观特征，不能通过其他技术，即氢迁移和相关的键切换，悬挂键钝化，低氢活化能，和a-Si：H稳定性一般，我们表明，通过分析的测试案例，我们的方法提供了一个严格和现实的描述非晶材料。我们还表明，这种方法提供了访问非晶硅的其他重要的宏观特性的可能性，并可用于模拟所有方面的a-Si：H动力学，包括有害的Staebler-Wronski效应。
2007-11-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Effect of hydrogen on ground state structures of small silicon clusters
本文采用Car-Parrinello分子动力学方法研究了小硅$_{n}$ H（2 \leq \emph{n} \leq 10）团簇的基态结构.特别地，我们着重研究了氢原子的加入对Si $_{n}$团簇的基态几何结构、总能量和第一激发态电子能隙的影响。我们讨论了这些集群中的氢键的性质。我们发现只有在Si $_{2}$ H，Si $_{3}$ H和Si $_{5}$ H团簇中氢与两个硅原子成键，而在其它团簇（即Si $_{4}$ H，Si $_{6}$ H，Si $_{7}$ H，Si $_{8}$ H，Si $_{9}$ H和Si $_{10}$ H）中氢仅与一个硅原子成键.此外，在紧凑和封闭的硅簇的情况下，氢键从外部到簇。我们发现Si $_{n}$和Si $_{n}$ H的第一激发电子能隙随尺寸的变化而起伏，这可能为氢化非晶硅的短程电势起伏提供第一性原理依据.我们的研究结果表明，一个氢的加入可以引起硅团簇的电子结构的巨大变化，虽然几何形状没有太大的影响。对Si $_{n}$ H团簇最低能量碎裂产物的计算表明，Si $_{n}$ H团簇中的氢很容易被除去.
2001-08-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Hydrogenated graphene on the silicon dioxide surface
研究了石墨烯在α-石英（0001）SiO_2衬底上的氢化反应，考虑到材料的非晶性质，考虑了不同的表面终端。我们的从头计算表明，氢吸附在石墨烯上形成的石墨烯是积极的羟基和氧终止表面上的青睐，而硅终止和重建的氧终止阻碍吸附。研究结果表明，在SiO_2表面制备石墨烷，表面氧化和氢饱和是有利的。对于衬底上的原始石墨烯，我们发现所有表面终端的低能能带结构仅发生微小变化。
2011-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of hydrogen radicals treatment on layers and solar cells made of solution-processed amorphous silicon
溶液法非晶硅是一种很有前途的半导体器件材料。不幸的是，它的制造在层中留下了高密度的缺陷，这可以通过用氢自由基处理来减少。在这里，我们提出了一个优化的氢处理，这是用于最佳性能的太阳能电池制成的溶液处理非晶硅。我们研究的数量和性质的氢结合使用红外吸收和氢渗出。氢处理不仅显著增加氢含量，而且还增大了已知对电子性质有利的键合构型中的氢的分数，尽管仅接近表面。使用电子自旋共振和光热偏转光谱，我们证实了减少的缺陷密度。在电学性质方面，光电导率和暗电导率的比率增加了近二十年。这导致使用该材料作为吸收层的太阳能电池器件的性能大大增强。特别是，效率跃升了三倍。
2019-08-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ab initio molecular dynamics calculations of threshold displacement energies in silicon carbide
利用第一性原理分子动力学模拟，我们确定了立方碳化硅中的阈值位移能和相应的产生缺陷。相反，以前的研究使用经典的分子动力学，我们发现的值接近实验共识，也创造了很好的协议与最近的工作在碳化硅的晶体稳定性的缺陷。我们仔细研究了这种方法的局限性。我们的工作表明，它是可能的，以第一原理精度计算碳化硅的位移能，并建议它也可能是其他共价材料的情况。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-induced degradation dynamics in silicon heterojunction solar cells via machine learning
本研究通过机器学习等多尺度模拟揭示硅异质结电池氢致退化机制，并提出反向硅密度梯度架构将开路电压退化率从0.5%/年降至0.1%/年。
2023-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Molecular rectifying diodes from self-assembly on silicon
我们展示了一个分子整流结从硅上的顺序自组装。器件结构仅由一个共轭（p）基团和烷基间隔链组成。我们获得了高达37的整流比和整流阈值电压在-0.3V和-0.9V之间。我们表明，整流发生共振通过最高占据的分子轨道的p-组与我们的计算和内部光电子能谱的良好协议。这种方法使我们能够制造与硅纳米技术兼容的分子整流二极管，用于未来的混合电路。
2003-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion of Hydrogen in Proton Implanted Silicon: Dependence on the Hydrogen Concentration
报道的氢在硅中的扩散常数变化超过六个数量级。测量值的这种扩散是由所研究的硅中不同浓度的缺陷引起的。氢的扩散在与杂质相互作用时减慢。通过改变材料的结晶度、掺杂类型和杂质浓度等性质，可以使氢的扩散率发生几个数量级的变化。本文研究了氢浓度对高能质子注入硅中扩散温度依赖性的影响。我们发现，描述这种温度依赖性的Arrhenius参数随着氢浓度的增加而降低。我们提出了一个模型，其中介导氢扩散的相关缺陷在高浓度下被氢饱和。当在晶格中提供具有最低能量位置的氢的缺陷饱和时，氢驻留在能量上不太有利的位置，这增加了氢通过晶体的扩散。此外，我们提出了一个调查不同的研究氢的扩散。我们观察到在这些研究中计算出的Arcidius参数的相关性，从而导致氢在硅中扩散的Arcidius方程的修改。
2016-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.chem-ph
On the potential of Hg-Photo-CVD process for the low temperature growth of nano-crystalline silicon (Topical Review)
汞敏化光辅助化学气相沉积（Hg-Photo-CVD）技术为降低薄膜生长温度和在低成本柔性塑料基板上生产适合于未来一代高效薄膜太阳能电池的新型半导体材料开辟了新的可能性。本文综述了该技术的研究进展，重点介绍了其在纳米硅低温制备中的应用前景，以及在薄膜光伏技术发展中的应用前景。保留字：光伏、太阳能电池、薄膜、纳米晶硅、氢化非晶硅、氢稀释、低温生长、光化学气相沉积。
2006-08-29 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of iron-hydrogen reactions in silicon
控制硅材料被铁，特别是溶解的间隙铁（Fe $_{\mathrm{i}}$）污染是一个长期存在的问题，具有最近的发展和几个公开的问题。其中，我们有一个问题，氢是否可以帮助铁的扩散，或者是否可以产生大量的替代铁（Fe $_{\mathrm{s}}$）。使用密度泛函计算，我们探索的结构，形成能，结合能，迁移，和几个FeH复合物在Si中的电子能级。我们发现，弱结合的Fe $_{\mathrm{i}}$ H对的迁移势垒接近孤立的Fe $_{\mathrm{i}}$，施主能级为$E_{\mathrm{v}}+0.5$ ~eV。相反，Fe $_{\mathrm{i}}$ H $_{2}(0/+)$估计为$E_{\mathrm{v}}+0.33$ ~eV。这些结果表明，在$E_{\mathrm{v}}+0.32$ ~eV的空穴陷阱测量电容测量应分配给Fe $_{\mathrm{i}}$ H $_{2}$。Fe $_{\mathrm{s}}$ H相关配合物仅显示深受主活性，并且预期对$p$型Si中的少数载流子寿命几乎没有影响。对于$n$型硅，可以得出相反的结论.我们发现，虽然在H-自由材料Fe $_{\mathrm{i}}$缺陷具有较低的形成能量比Fe $_{\mathrm{s}}$，在氢化样品Fe $_{\mathrm{s}}$相关的缺陷变得相当稳定。这将解释归因于氢化Si中Fe $_{\math…
2018-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of hydrogen microstructure in models of hydrogenated amorphous silicon
我们研究了通过实验约束分子弛豫方法（ECMR）产生的两种不同浓度的a-Si：H的现实模型中氢和各种氢化物构型的分布[1]。讨论了低浓度（< 10%）和高浓度（> 20%）H原子对应的微观结构，并与实验结果进行了比较，特别强调了H原子团簇的大小和H原子的局域环境，计算了模型构型的核磁共振（NMR）谱的线宽，以便与实验NMR数据进行比较。我们的研究表明，存在孤立的氢原子，小的和相对较大的集群，平均质子-质子近邻距离在1.6至2.4埃的集群，已观察到在多量子NMR实验。
2009-10-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Atomic White-Out: Enabling Atomic Circuitry Through Mechanically Induced Bonding of Single Hydrogen Atoms to a Silicon Surface
我们报道了机械诱导硅-氢共价键的形成及其在工程纳米电子器件中的应用。利用非接触式原子力显微镜（NC-AFM）的针尖，可以垂直操纵单个氢原子。当施加局部电子激发时，单个氢原子从氢钝化表面解吸，并且可以转移到尖端顶点，如从频移曲线中的独特签名所证明的。在隧道电子和电场的情况下，在0 V的扫描探针显微镜结中，在尖端顶点处的氢原子被带到非常接近硅悬挂键，诱导硅-氢共价键的机械形成和悬挂键的钝化。功能化的尖端被用来表征硅悬挂键的氢-硅表面上，被证明是增强扫描隧道显微镜（STM）的对比度，并允许NC-AFM成像与原子和化学键的对比度。通过实例，我们展示了这种原子尺度的机械操作技术在基于表面悬挂键的纳米电子器件的新兴技术工程中的重要性。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Theory of reactions between hydrogen and group-III acceptors in silicon
本文基于第一性原理研究了硅中氢与III族受主反应的热力学，阐明了受主-氢配对机制，发现BH₂复合物是LeTID过程的关键副产物，其反应能垒与实验活化能相符，并预测较重双氢化受主无显著非辐射复合活性。
2023-07-28 cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Hybrid Photovoltaic Thermal Device Operating Conditions on Intrinsic Layer Thickness Optimization of Hydrogenated Amorphous Silicon Solar Cells
从历史上看，混合太阳能光伏热（PVT）系统的设计集中在冷却晶体硅（c-Si）基光伏（PV）设备，以避免温度相关的损失。这种方法忽略了热力系统中的相关性能损失，并导致系统的总有效能降低。因此，本文探讨了使用氢化非晶硅（a-Si：H）作为PVT的吸收材料，以保持更高和更有利的操作温度的热系统。非晶硅不仅具有比c-Si更小的温度系数，而且可以通过退火去除来自Staebler-Wronski效应的缺陷状态而在更高温度的延长时间段内显示出改善的PV性能。为了确定a-Si：H PV性能的潜在改进与通过更高的操作温度使得i层的厚度增加相关，在25 ° C（STC）、50 ° C（代表性PV操作条件）和90 ° C（代表性PVT操作条件）的温度下在1个太阳照度（AM 1.5）下测试a-Si：H PV电池。在每个温度下评估i层厚度为420、630和840 nm的PV电池。结果表明，在90 oC下操作a-Si：H基PV，i层比目前商业生产中使用的电池厚，与在PV或PVT操作温度下操作的较薄电池相比，提供了更大的功率输出。这些结果表明，在PVT系统中引入a-Si：H作为吸收材料可以改善热性能，同时改善a-Si：H基PV的电性能。
2012-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen adsorption and diffusion around Si(001)/Si(110) corners in nanostructures
虽然氢在硅表面上的扩散已经在实验和理论上得到了比较好的表征，但是在纳米线和纳米结构上发现的表面之间的拐角周围的扩散还没有被研究。受图形化原子层外延（PALE）纳米结构制造的启发，我们采用密度泛函理论（DFT）研究了氢在硅中正交（001）和（110）面形成的边缘附近的扩散.我们发现从（001）到（110）的势垒比从（110）到（001）的势垒低约0.3 eV，并且它与清洁表面上的行之间的扩散相当，在所使用的生长温度下对氢图案没有显著影响。
2014-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Influence of the thickness of Si and Ge films deposited on Si$_3$N$_4$/SiO$_2$/Si substrates on their structure and diffusion of hydrogen atoms from Si$_3$N$_4$ layers
用RHEED、FTIR和Raman光谱研究了分子束在Si $_3$ N $_4$ /SiO $_2$ /Si（001）衬底上生长的厚度达200 nm的硅和锗薄膜。在红外吸收光谱中观察到N $-$ H和Si $-$ N吸收带的强度由于硅和锗膜的沉积而发生显著变化。沉积膜越厚，N $-$ H吸收带强度的降低和Si $-$ N吸收带强度的增加越显著。在非晶和多晶Si或Ge薄膜的生长过程中都观察到了这种趋势。在分配给N $-$ H键振动的频带处的IR吸收的减少被解释为通过这些键的断裂，随后由氢原子从Si $_3$ N $_4$层扩散到硅或锗的生长膜中。沉积膜厚度对氢扩散的影响在由介电Si $_3$ N $_4$层和生长的硅或锗膜中的氢原子的化学势差控制的氢原子扩散的模型内进行了讨论。仅在Si或Ge膜的沉积期间当其厚度逐渐增长时，氢原子才从Si $_3$ N $_4$层逃逸。由于化学电势差的下降，膜生长的中断停止了氢原子迁移到膜中。
2021-12-29 cond-mat.mtrl-sci
The Vacancy Effect on Thermal Interface Resistance between Aluminum and Silicon by Molecular Dynamics
跨界面的热输运是微电子学、光子学和热电器件的重要问题，并且在过去已经在实验和理论上进行了研究。采用非平衡分子动力学（NEMD）方法计算了含纳米级空位的铝硅界面热阻（1/G）。计算中考虑了声子-声子耦合和电子-声子耦合。结果表明，空位的存在大大增加了界面热阻。研究和比较了空位的大小和类型的影响。不同类型/尺寸空位的结构，其性能有明显的差异。
2015-01-27 cond-mat.mtrl-sci
High mobility two-dimensional hole system on hydrogen-terminated silicon (111) surfaces
我们实现了一个二维空穴系统（2DHS），其中2DHS是由施加在真空腔两端的负栅电压在原子级平坦的氢终止的Si（111）表面上诱导的。在70 mK时，空穴密度可达$7.5\times10^{11}$ cm $^{-2}$，峰值空穴迁移率约为$10^4$ cm $^2$ /Vs.观察到了量子霍尔效应。Shubnikov-de Haas振荡由于自旋轨道效应而显示出拍频模式，并且推测的零场自旋分裂可以通过栅极电压来调节。
2012-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Decoupling between propagating acoustic waves and two-level systems in hydrogenated amorphous silicon
用热线化学气相沉积法制备的氢化非晶硅的比热测量结果表明，低温下氢化非晶硅具有较大的二能级系统密度。在远低于生长温度的200 °C下退火，不会显著影响已经很低的内摩擦或声速，但在2 K下不可逆地将非德拜比热降低了一个数量级，这表明二能级系统的密度大大降低。比热的内部摩擦的比较表明，两个级别的系统是反常的声波去耦，退火之前和之后。分析得出一个非常低的耦合常数值，该值在退火后增加，但仍然保持非常低。结果表明，氢的存在降低了耦合常数值。
2021-05-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrostatic Landscape of a H-Silicon Surface Probed by a Moveable Quantum Dot
随着纳米电子达到原子大小器件的极限，研究局部环境中的不规则性如何影响器件功能变得至关重要。在这里，我们表征的影响带电原子物种的半导体表面的静电势在亚纳米尺度。利用非接触式原子力显微镜，利用二维接触电势差图来显示氢封端的高掺杂硅（100）表面上空间变化的静电势.三种类型的带电物种，一个在表面上，两个在散装，进行检查。一个电场敏感的光谱特征的一个单一的探针原子报告附近的带电物种。近地表物种之一的身份一直不确定。该物种，被怀疑是硼或可能是一个带负电荷的供体物种，我们建议是一个字符更符合带负电荷的间隙氢或氢空位复合物。
2019-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Spin-asymmetric graphene nanoribbons in graphane on silicon dioxide
采用从头计算方法研究了氧化硅衬底上氢化石墨烯（graphane）的结构。发现仅在石墨烯层的一侧上具有氢化的结构是稳定的，并且给出了其氢构型。此外，我们通过从外延石墨烷层选择性地去除氢来形成锯齿形石墨烯纳米带。在这些带中，独立的反铁磁锯齿形带的自旋简并被打破，不同大小的带隙出现相反的自旋物种。这种简并断裂是由于带下方的衬底中的电荷不平衡，其通过衬底原子相对于石墨烯带的边缘的不对称对准而引入。
2011-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
