Hexagonal boron nitride is an indirect bandgap semiconductor
六方氮化硼是一种具有非常高的热稳定性和化学稳定性的宽带隙半导体，通常用于在极端条件下工作的器件中。最近，高纯度晶体的生长揭示了这种材料在深紫外发射方面的潜力，在215 nm附近有强烈的发射。在过去的几年里，随着二维原子晶体和范德华异质结构的出现，六方氮化硼引起了更多的关注，这是由石墨烯的发现开始的。尽管人们对它的兴趣越来越大，而且它的结构看起来也很简单，但它的带隙性质和价值等基本问题仍然存在争议。在这里，我们解决了这个长期争论的问题，通过光学光谱的手段，在5.955 eV的间接带隙的证据。我们证明了声子辅助的光学跃迁的存在，我们测量的激子结合能约为130毫电子伏的双光子光谱。
2015-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Atomic bonding and electrical characteristics of two-dimensional graphene/boron nitride van der Waals heterostuctures with manufactured defects via binding energy and bond-charge model
采用结合能-键-电荷模型研究了二维石墨烯/BN范德华异质结构的原子成键和电学性质。我们通过制造缺陷来操纵它的原子键合和电学性质。我们发现该过程产生了具有平带的能带结构，即，在费米能级上没有色散的水平能带结构。因此，我们的研究是有意义的，因为这是第一次报告，这种平面带的缺陷石墨烯/BN范德华异质结构。
2021-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Perturbation analysis on large band gap bowing of dilute nitride semiconductors
与传统的经验定律相反，稀氮化物半导体的带隙随氮浓度的增加而减小。尽管有一些调查，这种“大带隙弯曲”的起源，仍在争论中。为了阐明这一现象，我们研究的GAN $_x$ As $_{1-x}$的带边能量的变化，由于氮的微扰理论。发现导带边的能量移动是由Ga原子在N周围的位移引起的$Γ$ -态和L-态和/或$Γ$ -态和X-态之间的混合引起的。我们还发现，尽管氮原子的电势为负，但价带边态仍有上移的现象。从波函数的性质和微扰势的对称性可以很好地理解这些结果。
2015-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Reduced Hamiltonian for Electronic States of Dilute Nitride Semiconductors
提出了一个新的模型来描述GAN_ xAs_{1-x}（GaNAs）的导带.众所周知，GaNAs显示出奇异的行为，例如大的带隙弯曲。虽然有各种各样的模型来描述GaNAs的导带，但带隙弯曲的起源仍然存在争议。在微扰理论的基础上，我们证明了导带的行为主要是由γ与L或X的谷间混合引起的。利用重整化技术和群论处理，我们导出了一个能很好地描述GaNAs带隙收缩的约化哈密顿量。
2014-12-26 cond-mat.mtrl-sci
The New Nitrides: Layered, Ferroelectric, Magnetic, Metallic and Superconducting Nitrides to Boost the GaN Photonics and Electronics Eco-System
氮化物半导体材料GAN、AlN和InN及其合金和异质结构在过去30年中得到了广泛的研究，导致了几种技术上成功的光子和电子器件。就在过去的几年里，出现了许多新的氮化物材料，具有令人兴奋的光子，电子和磁性。一些例子是2D和层状hBN和III-V金刚石类似物cBN，过渡金属氮化物ScN，YN及其合金（例如铁电ScAlN），压磁GaMnN，亚铁磁Mn 4 N和外延超导体/半导体NbN/GAN异质结。本文综述了这些新的氮化物材料的迷人和新兴的物理和科学。它还讨论了它们在未来几代器件中的潜在应用，这些器件利用了基于氮化物半导体已经创建的晶体管，发光二极管和激光器的光子和电子器件生态系统。
2019-05-18 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of indirect Auger recombination in nitride semiconductors
俄歇复合是光电子器件中一种重要的非辐射载流子复合机制。微观俄歇过程可以是直接的或间接的，由额外的散射机制，如电子-声子相互作用介导。声子辅助的俄歇复合在氮化物材料中特别强，并且影响氮化物光电子器件在高功率下的效率。在这里，我们提出了一个第一性原理计算形式主义的直接和间接俄歇复合在直接带隙半导体的研究，并将其应用到氮化物材料的情况下。我们表明，直接俄歇复合是弱的氮化物，不能占实验测量。另一方面，载流子散射声子和合金无序使间接俄歇过程，可以解释所观察到的设备中的损失。我们分析了主要声子对俄歇重组率的贡献以及温度和应变对俄歇系数值的影响。由带电缺陷散射辅助的俄歇过程比声子辅助的弱得多，对于实际的缺陷密度，并且对器件性能不重要。该计算方法具有通用性，可用于其它类型光电材料俄歇系数的计算。
2015-08-10 cond-mat.mtrl-sci
A possible model to high TC ferromagnetism in Gallium Manganese Nitrides based on resonation properties of impurities in semiconductors
在（Ga，Mn）N中观察到高TC铁磁性，除TC值外，几乎所有的结果都与（Ga，Mn）As的实验结果近似。尽管所有关于磁性的标准实验都清楚地支持这个结果，但这个值还是出乎意料地高。在简要回顾了实验结果后，本文提出并讨论了高TC铁磁性的可能性。三维玻色化方法的关键问题与安德森局域化中的问题相似。
2006-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Tunable light-emission through the range 1.8-3.2 eV and p-type conductivity at room temperature for nitride semiconductors, Ca(Mg1-xZnx)2N2 (x=0-1)
三元氮化物CaZn_2N_2是一种新型的半导体材料，其禁带宽度为1.8eV。第一性原理计算预测，Mg在Zn位的连续取代将使Ca（Mg 1-xZnx）2N 2（x = 0-1）的光学带隙在~3.3 eV到~1.9 eV的宽范围内变化。在这项研究中，我们证明，在环境压力下的固态反应和高压合成在5 GPa产生x = 0和0.12，和x = 0.12-1多晶样品，分别。实验证实，光学带隙可以从~3.2 eV到~1.8 eV连续调谐，该范围非常接近理论预测。在室温下，在紫外线发射区域观察到取决于x的带至带光致发光。在CaZn 2N 2的Ca位点处的2%Na掺杂将其高电阻状态转换为p型导电状态。特别地，x = 0.50的样品表现出强烈的绿光发射，峰值在2.45 eV（506 nm）处，而没有来自深能级缺陷的任何其他发射。这些特性满足了III-V族氮化物和砷化物/磷化物发光半导体的要求。
2019-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Theory of the electronic structure of dilute bismide and bismide-nitride alloys of GaAs: Tight-binding and k.p models
将稀浓度的铋（Bi）添加到GaAs中以形成GaBiAs合金导致带隙能量Eg的大幅降低，伴随着自旋轨道分裂能量（delta_SO）的显著增加，导致对于约10%Bi组合物的Eg < delta_SO区域，这在技术上与高效光子器件的设计相关。四元合金GaBiNAs为带隙调节提供了进一步的灵活性，因为氮和铋都可以独立地引起带隙减小。本文采用sp 3s紧束缚和14带k.p模型研究了GaBiAs和GaBiNAs合金的电子结构。我们的结果与现有的实验数据吻合得很好。
2012-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Accurate calculation of polarization-related quantities in semiconductors
我们证明了半导体中的极化相关量可以准确地预测从第一性原理计算使用适当的方法来解决这个问题，贝里相位极化理论。对于III-V族氮化物，我们的测试情况下，我们发现极化，氮化物对之间的极化差异，和压电常数非常接近他们以前建立的值。然而，提供了所有相关数量的精确数据。
2000-11-14 cond-mat.mtrl-sci
2D Nitride Ordered Alloys: A Novel Class of Ultra-Wide Bandgap Semiconductors
本文通过从头算研究 BxM1-xN（M=Al、Ga）二维有序氮化物合金，揭示原子褶皱稳定结构并产生反铁电基态，为新型 UWBG 半导体提供依据。
2024-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Heteroepitaxial Thin-Film Growth of a Ternary Nitride Semiconductor CaZn2N2
采用等离子体辅助活性氮自由基源分子束外延（MBE）生长的锌基氮化物CaZn 2N 2薄膜是下一代发光二极管和太阳能电池半导体材料的理想选择。该氮化物化合物以前仅通过在5GPa下的超高压合成以块状形式合成。已经发现三个关键因素能够实现异质外延膜生长：（i）精确调节Ca和Zn的单独通量速率，（ii）在蓝宝石c平面上使用GAN模板层作为衬底，以及（iii）应用具有活性N-自由基源的MBE。由于在物理气相沉积和热退火过程中的其他尝试没有产生任何相的CaZn 2N 2膜，这种射频等离子体辅助MBE技术代表了一种有前途的方式来稳定CaZn 2N 2外延膜。估计的光学带隙为~1.9 eV，这与从体样品获得的值一致。通过无意的载流子掺杂，获得了具有1013 /cm 3量级的低载流子密度的n型和p型电子传导。这些特征与锌基氧化物半导体相比具有明显的优势，锌基氧化物半导体通常具有高得多的载流子密度，而与其有意未掺杂的状态无关。在室温下的载流子迁移率对于电子为4.3cm2/（Vs），对于空穴载流子为0.3cm2/（Vs），这表明输运性质受到晶界散射的限制，主要是因为在250 °C下的低温生长，这实现了高氮化学势。
2019-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and transport in amorphous metal oxide and amorphous metal oxy-nitride semiconductors
近来，非晶氧化物半导体（AOS）由于其低温可加工性、高迁移率和用于显示器背板和其它大面积应用的面积均匀性而获得商业兴趣。多阳离子非晶氧化物（a-IGZO）已经被广泛研究并且现在正在商业应用中。在文献中提出，重叠的In-5s轨道形成导电路径，并且载流子迁移率由于多个阳离子的存在而受到限制，这些阳离子为a-IGZO半导体中的电子输运产生势垒。已经提出了朝向非晶半导体的多阴离子方法来克服这种限制，并且已经显示出与多阳离子非晶半导体相比，实现了高达一个数量级的霍尔迁移率。在本工作中，我们比较了多阳离子非晶半导体，a-IGZO和多阴离子非晶半导体，a-ZnON的电子结构和电子输运的计算方法。结果表明，在a-IGZO中，载流子的输运路径是通过混合阳离子的外层s轨道的重叠，而在a-ZnON中，载流子的输运路径是通过Zn-4s轨道的重叠形成的，这是唯一存在的金属阳离子类型。我们还表明，对于多组分离子型非晶半导体，电子输运可以解释在轨道重叠积分，可以计算出的结构信息，并具有直接相关的载流子有效质量，这是计算昂贵的第一原理DFT方法计算。
2019-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbit coupling and crystal-field splitting in the electronic and optical properties of nitride quantum dots with a wurtzite crystal structure
本文提出了一个计算纤锌矿半导体量子点电子和光学性质的$sp^3$紧束缚模型。紧束缚模型考虑了应变、压电性、自旋轨道耦合和晶场分裂。激子吸收光谱的计算使用组态相互作用计划。我们研究了InN/GAN量子点的电子和光学性质及其对结构特性、晶场分裂和自旋轨道耦合的依赖性。
2008-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Growth, characterization, and thermodynamics of III-nitride semiconductors
III族氮化物合金是宽带隙半导体，在诸如发光二极管和激光二极管的光电子器件中具有广泛的应用。铟氮化镓发光二极管在过去的十年中已经成功地生产出来。但是由于铟在合金中的引入，主要是由于相分离，限制了绿色发光器件的发展。这个困难可以通过研究这些合金的生长和热力学来解决。热力学相稳定性和压力-温度-成分相图的知识对于理解各种生长技术的边界条件是重要的。本文采用三元合金体系的规则溶液模型对氮化铟氮化镓的相分离进行了研究。吉布斯混合自由能的图表产生的温度范围内。双节线和旋节线分解曲线显示了合金在平衡状态下的稳定区和不稳定区。
2022-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Elastic constants of the II-IV nitride semiconductors MgSiN$_{2}$, MgGeN$_{2}$ and MgSnN$_{2}$
采用密度泛函理论计算了正交MgSiN $_{2}$、MgGeN $_{2}$和MgSnN $_{2}$的单晶弹性常数、多晶弹性模量和相关性质，并与相关的纤锌矿结构AlN、GAN和InN进行了比较.由于MgSiN $_{2}$、MgGeN $_{2}$或MgSnN $_{2}$的单晶弹性性质都没有实验研究，因此我们通过与AlN、GAN和InN的实验数据进行比较来确定计算的准确性。计算得到的MgSiN多晶$_{2}$弹性模量与实验值吻合较好。将示出MgSiN $_{2}$和MgGeN $_{2}$分别与AlN和GAN具有小的$xy$平面晶格失配，而同时比AlN和GAN两者显著更软。这表明MgSiN $_{2}$和MgGeN $_{2}$应该可以在AlN和GAN上生长而没有显著的晶格失配或应变。
2018-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Effective bond-orbital model of III-nitride wurtzite structures based on modified interaction parameters of zinc-blende structures
提出了一种推导三族氮化物纤锌矿半导体有效键轨道模型的简单理论方法。在该模型中，基于双中心近似，采用锌-铅（ZB）结构的相互作用参数作为WZ结构的初始猜测。因此，III族氮化物WZ半导体的电子能带结构可以通过利用这组参数来产生，所述参数被修改为包括由于三中心积分引起的效应并且与第一性原理计算拟合。详细的半经验拟合过程，用于构建体III族氮化物WZ半导体的EBOM哈密顿量。电子能带结构的体AlN，GAN，和InN与WZ结构的EBOM与修改后的相互作用参数计算和比较从密度泛函（DFT）理论与亚广义梯度近似（mGGA）得到的结果。通过使用遗传算法进一步优化参数集。最后，分析了用最佳拟合参数的模型计算的能带结构和带心附近的电子（空穴）有效质量，并与$\mathbf{k}\cdot \mathbf{p}$模型进行了比较。
2019-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Empirical Tight-Binding Parameters for Wurtzite group III-V(non-Nitride) and IV Materials
许多常用的立方半导体的最近邻紧束缚模型在转换到六方多型体时经常导致不准确的能带结构。由此产生的带隙系统太小，在某些情况下，计算可能会错误地预测纤维锌矿多型体的金属。我们计算了一组非氮化物III-V族和V族半导体六方相的$\rm spds^*$紧束缚参数，这些参数与实验数据和经验赝势计算相吻合。我们的拟合过程约束的参数是尽可能接近的立方多型体，使参数最大限度地转移。我们的参数，当与现有的立方参数相结合，提供了一个模型，适用于建模的多型异质结构包含纤锌矿和锌的晶体相的电子结构。
2022-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band gap and band alignment prediction of nitride based semiconductors using machine learning
氮化物在光电子领域有着广泛的应用前景，因此受到了人们的广泛关注，同时也为材料的设计和发现留下了很大的空间。在这里，已经设计了大量的氮化物，通过结合机器学习的第一性原理计算来研究它们的带隙和排列。通过HSE和DFT-PBE的筛选混合泛函的组合精确计算的纤锌矿GAN的带隙和带偏移被用于训练和测试机器学习模型。在不同的机器学习技术之间的比较，当元素属性作为特征，径向核的支持向量回归（SVR）进行最好的预测的带隙和带偏移的预测均方根误差（RMSE）分别为0.298 eV和0.183 eV。前者在HSE计算不确定性范围内，后者足够小，可以提供可靠的预测。此外，当通过DFT-PBE计算的带隙被添加到特征空间中时，带隙预测RMSE降低到0.099 eV。通过特征工程算法，基于元素特征空间的带隙预测RMSE进一步下降约0.005 eV，并且揭示了元素性质对于带隙预测的相对重要性。最后，所有设计的氮化物的带隙和带偏移进行了预测，并注意到两个趋势，随着阳离子类型的数量增加，带隙趋于变窄，而带偏移趋于上升。预测结果对氮化物工程的精确研究具有指导意义。
2019-04-08 cond-mat.mtrl-sci
High-energy spectroscopic study of the III-V nitride-based diluted magnetic semiconductor Ga$_{1-x}$Mn$_{x}$N
利用光电子能谱和软X射线吸收谱研究了生长在Sn掺杂$n$型GAN上的稀磁半导体Ga $_{1-x}$ Mn $_{x}$ N（$x$ = 0.0，0.02和0.042）的电子结构. Mn $L$ -边X射线吸收表明Mn离子处于四面体晶场中，并且它们的价态是二价的。Mn掺杂GAN后，在GAN的带隙内形成了新的态，费米能级下移。在MnN $_{4}$团簇模型上，利用组态相互作用计算方法，分析了Mn 2 $p$核能级的卫星结构和Mn 3 $d$的分态密度.计算的电子结构参数表明，Ga $_{1-x}$ Mn $_{x}$ N中的$p$ - $d$交换耦合比Ga $_{1-x}$ Mn $_{x}$ As中的强.
2005-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Binding energies of hydrogen-like impurities in a semiconductor in intense terahertz laser fields
从理论上研究了线偏振太赫兹激光辐射对半导体中类氢杂质能态的影响。研究了1s态和2p态的结合能随太赫兹辐射强度和频率的变化关系。
2003-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio tight-binding Models for Mono- and Bilayer Hexagonal Boron Nitride (h-BN)
本文基于极大局域万尼尔函数从头算推导出单层和双层h-BN的有效紧束缚模型，通过考虑四近邻跃迁、应变拟合参数化及双中心近似推广层间跃迁，实现了对K点和M点带边及扭转体系电子结构的精确描述。
2024-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Stretching magnetism with an electric field in a nitride semiconductor
通过直接磁化测量，采用一种新的检测方案，我们证明了在纤锌矿（Ga，Mn）N的磁化的电气控制。在这种稀磁绝缘体中，费米能被Mn离子钉扎在中间带隙区域，并且Mn 3+离子显示出强的单离子各向异性。我们确定（Ga，Mn）N维持高达至少5 MV/cm的电场，表明Mn掺杂将GAN变成有价值的半绝缘材料。在这些条件下，磁电耦合可以由逆压电效应驱动，逆压电效应沿着c轴拉伸基本单元，并因此影响磁各向异性的大小。我们开发了一个相应的理论，并表明，它描述了实验确定的依赖性的磁化强度的电场定量与没有可调参数的磁场和温度的函数。通过这种方式，我们的工作桥梁两个研究领域发展至今独立：压电纤锌矿半导体和电气控制的混合和复合材料的磁性结构，包含压电元件的磁化。
2016-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Huge excitonic effects in layered hexagonal boron nitride
用全电子GW近似计算了块状六方氮化硼的准粒子能带结构，结果表明该化合物是一种间接带隙半导体。用电子-空穴双粒子格林函数的Bethe-Salpeter方程的解计算了它的光谱，结果与已有的实验数据符合得很好。对带隙内的激子结构进行了详细的分析，发现激子属于Frenkel类，并被紧紧地限制在层内。计算的激子结合能比Watanabe { \it et al}使用Wannier模型解释他们的实验结果并假设h-BN是直接带隙半导体得到的激子结合能大得多。
2005-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Unprecedented Enhancement of Piezoelectricity in Wurtzite Nitride Semiconductors via Thermal Annealing
研究通过简单可扩展的生长后热退火工艺，将30% Sc含量的ScAlN薄膜压电常数d33提升3.5倍至45.5 pC/N，使其有效机电耦合系数达76.2%，为超越5G体声波谐振器提供频率缩放机会，并揭示了多尺度增强机制。
2024-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis and Characterization of the Ternary Nitride Semiconductor Zn$_2$VN$_3$: Theoretical Prediction, Combinatorial Screening and Epitaxial Stabilization
采用计算引导的高通量合成方法探索Zn-V-N相空间，合成了新型三元氮化物Zn $_2$ VN $_3$ .在组合PVD筛选之后，我们分离相并在常规硼硅酸盐玻璃衬底上合成具有纤锌矿结构的多晶Zn $_2$ VN $_3$薄膜。此外，我们证明了阳离子无序，但相位纯（002）织构，Zn $_2$ VN $_3$薄膜可以使用外延稳定在α-Al 2 O3（0001）衬底上生长在非常低的生长温度远低于200 °C。利用XRD和（S）TEM技术详细研究了Zn $_2$ VN $_3$薄膜的结构和相组成。采用RBS/ERDA和XPS/HAXPES方法研究了组成元素的组成和化学状态。这些分析揭示了化学计量的材料，没有氧污染，除了薄的表面氧化物。我们发现Zn $_2$ VN $_3$是一种弱掺杂的p型半导体，表现出跨越2 eV和3 eV范围的宽带室温光致发光。此外，电子性能可以通过在阳离子位点上的同构合金化在很宽的范围内调节，使其成为光电应用的有前途的材料。
2021-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Giant excitonic absorption and emission in two-dimensional group-III nitrides
本文用从头算方法系统地研究了BN、AlN、GAN和InN等类橄榄石半导体单层膜的吸收和发射。计算了考虑准粒子效应和激子效应的面内和离面光偏振态的吸收谱。根据能带结构讨论了吸收边和激子束缚随阳离子变化的化学趋势。激子结合能和局域化半径内的Keldysh模型的激子在二维解释。强激子效应是由于低维、限制效应和减少屏蔽的相互作用。我们发现激子辐射寿命范围从十分之几皮秒（BN）到十分之几纳秒（InN）在室温下，从而使二维氮化物，特别是InN，有前途的材料，用于发光二极管和高性能太阳能电池。
2019-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of the concentration dependent band gap reduction in dilute nitrides
虽然一直感兴趣的晶格匹配的激光器件与硅电路的集成，稀氮化物III/V-半导体的电子结构提出了一个挑战，从头计算方法。其根源在于N原子对大多数基质材料施加的强烈畸变。在这里，我们解决了这些问题相结合的密度泛函理论计算的基础上提出的元GGA功能的Tran和Blaha（TB 09）与超晶胞方法的稀氮化物Ga（NAs）。探索对超胞提出的要求，我们表明，一个单一的N原子的畸变场必须允许减少到目前为止，它不与其周期性的图像重叠。这也防止了平移对称原子之间的虚假电子相互作用，允许计算带隙与实验得出的参考值非常一致。这些结果开辟了稀氮化物半导体领域的预测从头计算。
2017-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Comments on "Quasiparticle self-consistent GW theory of III-V nitride semiconductors: Bands, Gap bowing, and effective masses"
对局域密度近似（LDA）计算的几个先前结果的忽略似乎导致了对密度泛函理论（DFT）正确描述纤锌矿GAN（w-GaN）和InN（w-InN）的电子性质的能力的不完整的并且因此误导的表征[Phys.Rev.B82，115102（2010）]。这些评论的目的是提出一个不同的图片的DFT计算，解决自洽的DFT方程组的系统的上述能力。他们还强调，根据实验建立的Burstein-Moss效应，在引用w-InN的带隙时需要指定载流子密度。
2011-01-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Excitons in boron nitride nanotubes: dimensionality effects
我们发现，氮化硼（BN）纳米管的光吸收光谱是由强束缚激子。我们的第一性原理计算表明，第一和主导激子峰的结合能敏感地依赖于系统的维数，从块状六方BN中的0.7 eV到单层BN中的2.1 eV到假设的（2，2）管中的3 eV以上。这种激子的强烈局部化性质决定了其结合能随着管直径的增加而向片值的快速收敛。第一激子峰的绝对位置几乎与管半径和系统维数无关。这为观察到的不同管和本体hBN的“光学间隙”恒定性提供了解释[R. Arenal等人，出现在Phys.Rev.Lett。（2005）]。
2005-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Thin film synthesis of semiconductors in the Mg-Sb-N materials system
氮化物具有许多有趣的特性，例如适用于包括发光二极管（LED）的光电子器件的宽范围的带隙，以及用于微机电系统（MEMS）的压电响应。与氧化物和其他化学物质相比，氮化物的研究也显着不足，其中许多是热化学亚稳定的，从基础科学的角度引发了人们的兴趣。本文报道了Mg-Sb-N材料系统的实验和计算探索，具有亚稳态材料和有趣的半导体性质。利用溅射沉积法，我们发现了一种新的具有纤锌矿结构的Mg_2SbN_3氮化物，并首次以薄膜形式合成了具有反钙钛矿结构的锑化物-Mg_3SbN氮化物。理论计算表明，Mg_2SbN_3是亚稳态的，具有与LED和MEMS相关的性能，而Mg_3SbN具有大的介电常数（28ε_0）和低的空穴有效质量（0.9m_0），是光伏太阳能电池吸收体的理想材料。实验太阳能匹配的Mg3 SbN反钙钛矿的1.3 eV的光吸收开始与理论预测（1.3 eV的直接，1.1 eV的间接），并与室温下的近带隙光致发光的测量。这些结果对了解Mg-Sb-N材料系统的半导体特性和化学趋势做出了重要贡献，为这些新材料的未来实际应用铺平了道路。
2019-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Mitigation of Delamination of Epitaxial Large-Area Boron Nitride for Semiconductor Processing
针对外延六方氮化硼在湿法光刻中易剥离和折叠的问题，提出受控剥离与再沉积方法，实现多步光刻并保持材料本征特性，推动其半导体集成应用。
2025-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effects of macroscopic-polarization built-in electrostatic fields in III-V nitrides multi-quantum-wells
在纤锌矿型III-V族氮化物薄膜和多层膜中存在着巨大的内建电场。这样的领域起源于氮化物的宏观体极化的异质界面不连续性。在这里，我们讨论的背景理论，自发极化在这种情况下的作用，以及在氮化物纳米结构中的内置极化场的实际意义。为了支持我们的论点，我们提出了详细的自洽紧束缚模拟典型的氮化物量子阱结构中，偏振效应占主导地位。
1999-01-20 cond-mat.mtrl-sci
A polarization-induced 2D hole gas in undoped gallium nitride quantum wells
在未掺杂的氮化镓量子阱中观察到了长期缺失的极化诱导二维空穴气。实验结果提供了明确的证据，在AlN上生长的GAN中的2D空穴气不需要受主掺杂，并且可以完全由跨半导体异质结的内部极化场的差异形成。测量的2D空穴气体密度，约为$4 \times 10^{13}$ cm $^{-2}$，是所有已知半导体中最高的，并且在低温下保持不变。在所有宽带隙半导体中，可以看到一些最低的薄层电阻。这为研究宽带隙氮化物界面的价带结构和输运性质提供了新的探针，同时也为高效电子学中氮化镓基p沟道晶体管的研究提供了新的思路.
2018-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of macroscopic polarization in III-V nitride multi-quantum-wells
在纤锌矿型III-V族氮化物薄膜和多层膜中存在着巨大的内建电场。这样的领域起源于氮化物的宏观体极化的异质界面不连续性。在这里，我们讨论的背景理论，自发极化在这种情况下的作用，以及在氮化物纳米结构中的内置极化场的实际意义。为了支持我们的论点，我们提出了详细的自洽紧束缚模拟典型的氮化物量子阱结构中，偏振效应占主导地位。
1999-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Excitons in boron nitride single layer
氮化硼单层属于二维材料家族，其光学性质目前受到相当大的关注。强烈的激子效应已经被观察到的散装和更强的影响，预测单层。在这里，我们提出了一个详细的研究，这些属性相结合的\textit{ab initio}计算和紧束缚Wannier分析在实空间和倒易空间。由于简单的能带结构与单价（$π$）和导电（$π^*$）带的紧束缚分析成为准定量只有两个可调参数，并提供了工具的激子特性的详细分析。强烈偏离通常的氢模型的证据。基态激子不是真正的Frenkel激子，而是一种非常局域化的“紧束缚”激子。其他的类似于在过渡金属二硫属化物中发现的那些，虽然更局部化，但可以在Wannier-Mott方案中描述。
2016-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculation of the binding energy of impurities in semiconductors: Application to Si nanowires
本文以纳米线中的施主为例，在密度泛函理论和GW近似下讨论了半导体中杂质的结合能E_b。结果表明，DFT方法成功地从离子化杂质的Kohn-Sham（KS）哈密顿量计算了E_b，但由于忽略了束缚电子与施主表面极化电荷的相互作用，从中性杂质的KS哈密顿量计算E_b时失败了.我们追溯这一不足，在目前的功能缺乏屏蔽交换。
2010-04-20 cond-mat.mtrl-sci
CHIPS-TB: Evaluating Tight-Binding Models For Metals, Semiconductors, and Insulators
National Institute of Standard and Technology（国家标准与技术研究院）；University of Maryland（马里兰大学）；The Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
CHIPS-TB通过评估多种紧束缚模型，为半导体设计提供更准确的材料性质预测和比较工具。
2025-11-25 cond-mat.mtrl-sci
AlScN: A III-V semiconductor based ferroelectric
铁电开关首次在基于III-V族半导体的材料AlScN中明确地展示--这一发现有助于满足对具有高性能和与通用半导体技术良好的技术兼容性的薄膜铁电体的迫切需求，所述通用半导体技术产生于大量存储器、微/纳米致动器和基于控制电极化的新兴应用。在AlScN中的铁电性的外观可以与原始纤锌矿型晶体结构的连续变形朝向层状六方结构随着Sc含量和拉伸应变的增加，这是预期可扩展到其他III族氮化物基固溶体。系统可调的矫顽力场大于3 MV/cm，高剩余极化超过100 μC/cm $^2$，这构成了对III族氮化物基材料中先前无法获得的自发极化的首次实验估计，一个几乎理想的方形滞后，在-0.3%到+0.4%的宽应变区间内产生优异的压电线性以及顺电转变温度超过600°C。这种有趣的组合属性是我们的知识，因为现在前所未有的领域的多晶铁电薄膜，并承诺显着推进铁电功能的开始集成到微米和纳米技术，而在同一时间提供实质性的洞察力的一个中心开放的问题的III族氮化物半导体-其实际的自发极化。
2018-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Carrier emission of n-type Gallium Nitride illuminated by femtosecond laser pulses
发光二极管的载流子发射效率对于许多技术应用（包括GAN和其他半导体光电阴极的性能）具有根本重要性。我们测量了飞秒激光激发n型GAN单晶后发射载流子的演化和相关的瞬态电场。这些过程进行了研究，使用亚皮秒，超短，电子脉冲和解释的三层分析模型。我们发现，当泵浦激光强度为10^11 W/cm ^2时，从晶体表面逃逸的电子的电荷约为2.7 pc，速度约为1.8 um/ps。相关的瞬态电场以皮秒到纳秒的间隔演变。这些结果为半导体光电阴极的光电发射特性提供了一个动态的视角。
2016-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of bulk semiconductors and graphene/boron-nitride: The Bethe-Salpeter equation with derivative discontinuity-corrected DFT energies
提出了一种有效的实现Bethe-Salpeter方程（BSE）的材料的光学性质的投影增广波方法GPAW。单粒子能量和波函数从GLLBSC功能，其中明确包括衍生物的不连续性，是计算成本低廉，并产生良好的基本差距。电子-空穴相互作用包括通过BSE使用的静态屏蔽的相互作用在随机相位近似评估。对于一组有代表性的半导体和绝缘体，我们发现很好的协议与实验的介电函数，吸收的发病，和最低的激子功能。对于石墨烯和六方氮化硼（h-BN）的二维系统，我们发现与以前的多体计算很好的协议。对于石墨烯/h-BN界面，我们发现，h-BN层的基本和光学带隙分别减少了2.0 eV和0.7 eV，相比独立的h-BN。这种减少是由于图像电荷屏蔽，其在GLLBSC计算中显示为导数不连续性的减少（消失）。
2012-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Multiband effective bond-orbital model for nitride semiconductors with wurtzite structure
一个多带经验紧束缚模型与纤锌矿结构的III族氮化物半导体已被开发和应用到体系统和嵌入式量子点。作为一个最小基组，我们假设一个s轨道和三个p轨道，定位在六角Bravais晶格的单位晶胞，从其中形成一个导带和三个价带。非零矩阵元素的第二个最近的邻居考虑。确定这些矩阵元素，使得得到的紧束缚能带结构再现已知的伽玛点参数，其也用于最近的kp处理。此外，紧束缚能带结构也可以拟合到从实验或从第一原理计算已知的布里渊区边界的其他特殊对称点处的能带能量。在本文中，我们描述了参数化的细节，并提出了由此产生的紧束缚能带结构的块状GAN，AlN，和InN与纤锌矿结构。作为纳米结构的第一个应用程序，我们目前的结果嵌入在GAN矩阵的透镜形InN量子点的单粒子电子特性。
2010-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The effect of doping on the lattice parameter and properties of cubic boron nitride
本文研究了铍、硅、硫、镁掺杂立方氮化硼对晶格常数、电导率和EPR谱的影响。已经确定，与在4.2GPa和1400° C下从Mg-B-N系统的熔体的常规合成相比，在3.9- 4.2GPa和1100 ° C下从超临界氨中的BN溶液结晶立方氮化硼的情况下，掺杂程度显著增加。掺杂硅和铍导致立方氮化硼的半导体性质。
2020-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Binding Energy of Impurity in a Size Quantized Coated Semiconductor Wire: Role of the Dielectric-Constant Mismatch
在阶梯无限深势阱模型的框架内，考虑了尺寸量子化的半导体线、涂层和周围环境之间的介电常数失配对杂质结合能的影响。在不存在和存在沿导线轴施加的磁场的情况下进行计算。用变分法计算了GaAs- Ga_{1-x} Al_{x} AS系统中类氢杂质的结合能随合金浓度、有效质量比、介电常数失配和磁场的变化关系。
1999-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Realistic Tight Binding Model for the Electronic Structure of II-VI Semiconductors
我们分析了在LMTO方法中获得的II-VI族半导体的电子结构，以达到一个现实的和最小的紧束缚模型，参数化，以提供价带和导带的准确描述。结果表明，最近邻$sp^3d^5$模型是相当足够的，以描述在很大程度上的电子结构，这些系统在很宽的能量范围内，避免使用任何虚构的$s^*$轨道。所得到的跳变参数服从Harrison提出的普适标度律，保证了对其他系统的可移植性。此外，我们表明，在这些化合物的键合中的某些微妙的功能，需要包括阴离子-阴离子的相互作用，除了最近邻的阳离子-阴离子的相互作用。
2003-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing light emission with electric fields in polar nitride semiconductors
该研究证明强极化场可增强AlInGaN量子阱红光发射，利用机器学习代理模型探索异质结构设计，发现更大场强提升电子-空穴重叠，为多色氮化物LED微型化提供新范式。
2025-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin Injection from Ferromagnetic Metals into Gallium Nitride
利用扫描隧道显微镜（STM）研究了铁磁金属（Fe和Co）的自旋极化电子向氮化镓（GaN）的注入。来自STM尖端的电子被注入半导体。观察到发射光的净圆偏振，其在尖端的磁化反转时改变符号。极化被发现是在定性协议与预期的考虑的基础上分裂的价带由于自旋轨道耦合和对应于纤锌矿结构的晶体场分裂，和自旋极化的大小从铁磁金属。我们发现自旋注入效率的下限为25%，对应于10%的半导体中的净自旋极化。这是在室温下测量空气中半导体自旋注入的最大报告值。
2000-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Derivation of 12- and 14-band $\textbf{k}\cdot\textbf{p}$ Hamiltonians for dilute bismide and bismide-nitride semiconductors
使用一个$sp^{3}s^{*}$紧束缚模型，我们证明了如何观察到的强弓的带隙和自旋轨道分裂与增加铋成分在稀铋化物合金GaBi $_{x}$作为$_{1-x}$可以描述在带之间的反交叉相互作用的GaAs价带边缘的扩展状态和高度本地化的Bi相关的共振态位于GaAs价带边缘。我们推导出一个12带的$\textbf{k}\cdot\textbf{p}$哈密顿量来描述GaBi $_{x}$ As $_{1-x}$的能带结构，并表明该模型与带边附近的能带结构的全紧束缚计算以及带隙和自旋轨道分裂的实验测量结果非常吻合。基于紧束缚模型的GaBi $_{x}$ N $_{y}$ As $_{1-x-y}$，我们表明，一个很好的近似N和Bi的行为相互独立的无序GaBi $_{x}$ N $_{y}$ As $_{1-x-y}$合金，表明一个简单的描述的能带结构是可能的。本文提出了GaBi $_{x}$ N $_{y}$ As $_{1-x-y}$晶体的14带$\textbf{k}\cdot\textbf{p}$哈密顿量，它精确地再现了带边附近能带结构的全紧束缚计算的基本特征.因此，我们在这里提出的$\textbf{k}\cdot\textbf{p}$模型非常适合这些新型III-V族半导体合金的光电性能的模拟。
2013-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Silicon-nitride photonic circuits interfaced with monolayer MoS$_2$
我们报告的集成单层二硫化钼与氮化硅微谐振器组装的粘弹性层转移技术。从谐振器模式到单层的倏逝波耦合通过腔传输的测量来确认。该几何形状的单层半导体薄片的吸收被确定为850 dB/cm，这大于具有相同厚度的石墨烯和黑磷的吸收。该技术可应用于各种单层半导体，用于组装混合光电子器件，例如在宽光谱范围内工作的光电探测器和调制器。
2015-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Exciton effects in optical absorption spectra of boron-nitride (BN) nanotubes
研究了单壁氮化硼纳米管中的激子效应。库仑相互作用的带隙，光学间隙和激子的结合能的依赖关系进行了讨论。在跃迁积分t=1.1eV时，（5，0）纳米管的光学带隙为6eV。激子的结合能为0.50eV。这个能量与其他理论研究的能量一致。我们发现纳米管的能隙和结合能几乎与纳米管的几何形状无关。这种新的属性是在对比的碳纳米管，显示金属和半导体性能取决于手性。
2008-12-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Evidence of localization effect on photoelectron transport induced by alloy disorder in nitride semiconductor compounds
在p-GaN和p-InGaN/GAN光电阴极上进行了近带隙光电发射光谱实验。当温度降低时，InGaN样品的光发射量子产率下降超过一个数量级，而GAN样品上的温度保持恒定。这表明在p-InGaN中的光电子输运的冻结，我们归因于合金无序引起的波动电位中的电子局部化。这种解释证实了在低温下的光电子谱中的峰值，对应于在InGaN导带的底部放松的光电子的贡献消失。
2022-01-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Attachment of colloidal nanoparticles to boron nitride nanotubes
将纳米颗粒非共价地连接到一维系统如氮化硼纳米管以形成复合材料具有强烈的兴趣。这些材料的组合可能用于催化，太阳能电池或水分解。此外，可以在这样的系统中研究组分之间的电荷转移的基本方面。我们报告的合成和表征的纳米复合材料的基础上，半导体纳米粒子直接和非共价连接到氮化硼纳米管。氮化硼纳米管被简单地整合到相应的纳米颗粒的胶体合成中。用PbSe，CdSe和ZnO纳米颗粒覆盖了从近红外到紫外范围的宽范围的半导体带隙。实现了具有这些半导体纳米颗粒的氮化硼纳米管的高表面覆盖率，同时发现具有金属纳米颗粒的类似原位方法不会导致适当的附着。此外，所有调查的纳米粒子的潜在的附着机制的可能的模型。为了强调氮化硼纳米管作为半导体纳米颗粒的支撑材料提供的新的可能性，我们研究了BN-CdSe复合材料的荧光。与附着在碳纳米管上的CdSe纳米颗粒相反，附着在氮化硼纳米管上的颗粒保持荧光，其中荧光被淬灭。通过我们的多功能方法，我们扩展了BN-纳米颗粒复合材料的库，这些复合材料为广泛应用的碳纳米管-纳米颗粒复合材料提供了一种有趣的、电子非相互作用的补充。
2017-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tight binding formulation of the dielectric response in semiconductor nanocrystals
我们报告的半导体纳米晶体的电子介电响应的理论推导使用紧束缚框架。扩展到纳米尺度的汉克和Sham方法[物理评论B 12，4501（1975）]开发的散装半导体，我们展示了如何局部场效应可以包括在研究中的限制系统。这个方案的一个很大的优点是，被制定在定域轨道，因此它需要很少的计算资源和时间。半导体纳米晶体的光学和屏蔽性能的应用在这里提出和讨论。计算了InAs（直接带隙）和Si（间接带隙）纳米晶的吸收截面、静态极化率和屏蔽函数，结果与第一性原理计算结果和实验数据吻合较好。我们还表明，本计划使我们能够很容易地超越连续介质模型，基于克劳修斯-莫索蒂方程，这是经常使用的，包括表面极化。我们的计算表明，连续介质模型，结合使用的大小依赖的介电常数，低估了极化率，导致非常强的表面极化场。
2007-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Band engineering in dilute nitride and bismide semiconductor lasers
高度失配的半导体合金如GaNAs和GaBiAs具有几种新颖的电子性质，包括随着x的增加能隙的快速减小，以及对于GaBiAs，随着Bi组分的增加自旋轨道分裂能的强烈增加.我们在这里审查的电子结构的合金和它们的后果理想的激光器。然后，我们描述了在实际的GaInNAs远程通信激光器的演示取得的实质性进展。这些具有与传统InP基器件相当的特性。这包括对阈值电流的强俄歇贡献。然而，我们发现，在GaBiAs和GaBiNAs中的大的自旋轨道分裂能量可能导致抑制占主导地位的俄歇复合损耗机制，最终打开了有效的温度稳定的远程通信和更长波长的激光器的路径，显著降低功耗。
2012-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
