Thermally stimulated H emission and diffusion in hydrogenated amorphous silicon
本文报道了氢化非晶硅中氢动力学的第一性原理从头算密度泛函计算。主机硅原子的热运动驱动H扩散，我们证明了直接模拟和简单的模型解释。Si-Si键中心和Si环中心是局部能量极小值。我们还描述了一种新的机制，打破Si-H键释放自由原子H进入网络：波动键中心脱离（FBCD）辅助扩散。在a-Si：H中的H动力学由晶体中不存在的非晶相固有的结构波动主导。
2007-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics simulations of the growth of thin amorphous hydrogenated carbon films on diamond surface
利用分子动力学模拟方法研究了CH2基团轰击金刚石(111)面所形成的无定形碳氢薄膜(a-C:H)的生长过程.结构分析表明局部结构（例如，C原子的第一配位数）的α-C：H的结构与氢的含量密切相关。入射自由基动能的增加导致a-C：H中氢含量的降低，从而改变了a-C：H中sp3键合碳原子的比例.
2014-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Surface resistivity of hydrogenated amorphous carbon films: Existence of intrinsic graphene on its surface
测量了氢化非晶碳膜的表面电阻率随外加电场的变化。测得的依赖性示出了一个尖锐的双极峰值接近零栅极电压。此外，我们发现在一些样品中，峰值处的薄层电阻低至7.5 kΩ/sq。该值与无缺陷石墨烯单层的薄层电阻具有相同的数量级。由此得出结论：在非晶碳膜表面存在至少毫米级的本征石墨烯。这些结果不仅可以为石墨烯的应用开辟新的前景，还可以更好地理解这种独特的材料。
2014-09-10 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
Hydrogen dynamics and light-induced structural changes in hydrogenated amorphous silicon
我们使用精确的第一性原理方法来研究氢化非晶硅的网络动力学，包括氢的运动。除了研究电子基态下的原子动力学外，我们还采用一种简单的方法跟踪了轻激发态下的H动力学。与最近的实验和计算机模拟相一致，我们发现，二氢化物结构形成的动力学在轻激发态，我们给这些国家明确的途径的例子。我们的模拟似乎与Staebler-Wronski效应的各个方面是一致的，例如光诱导产生分离良好的悬挂键。
2006-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of Photo-excited Hot Carriers in Hydrogenated Amorphous Silicon Imaged by 4D Electron Microscopy
非晶半导体中的电荷载流子的动力学与晶体半导体中的电荷载流子的动力学根本不同，这是由于缺乏长程序和高缺陷密度。尽管密集的技术驱动的研究兴趣和存在完善的实验技术，如光电导飞行时间和超快光学测量，在非晶半导体中的光激发载流子的动力学的许多方面仍然知之甚少。在这里，我们展示了直接成像的载流子动力学的空间和时间光激发后，在氢化非晶硅（a-Si：H）的扫描超快电子显微镜（SUEM）。我们观察到一个意想不到的制度，快速扩散后立即光激发，随着自发的电子-空穴分离和原子无序引起的电荷捕获。我们的研究结果表明，丰富的动态热载流子输运在非晶半导体，可以揭示直接成像的基础上SUEM。
2016-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Resonant Raman scattering from polyacetylene and poly(p-phenylene vinylene) chains included into hydrogenated amorphous carbon
在N-IR - UV范围内，非晶氢化碳（a-C：H）的共振拉曼散射揭示了反式聚乙炔（反式-（CH）x）链的内含物，其近似长度高达120个C=C单元和聚（对苯撑亚乙烯基）（PPV）聚合物链的内含物。PPV是由一个强大的色散模式，在约。1175 cm-1。研究发现，掺入a-C：H的Ag的trans-（CH）x模对不同激发能的拉曼响应与独立链的拉曼响应一致，从而有利于复杂碳质材料光谱中trans-（CH）x的识别。
2010-04-27 cond-mat.mtrl-sci
New models of clean and hydrogenated amorphous silicon surfaces
该研究通过密度泛函理论构建含4096个原子的非晶硅及氢化表面模型，发现表面结构与电荷密度强相关，氢钝化悬挂键并诱导重排，为理解非晶材料表面重构提供基础。
2025-06-21 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
Investigation of thermal stability of hydrogenated amorphous Si/Ge multilayers
用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和小角X射线衍射（SAXRD）技术研究了氢化非晶Si/Ge多层膜的热稳定性。采用射频溅射法在1.5和6 ml/min的H2流量下制备了非晶H-Si/Ge多层膜。弹性反冲检测分析（ERDA）表明，氢气浓度随氢气流量的增加而增加。样品在400和450 ℃下退火数小时。已经观察到，在两种退火温度下以6 ml/min流速制备的样品经历了显著的结构变化：样品的表面明显粗糙，形成气泡并产生凹坑。在这些类型的多层膜中的Si和Ge层的周期结构的衰减比在非氢化样品中更快。以1.5 ml/min流速制备的样品在450 ℃下具有类似的行为，但在400 ℃下，一级SAXRD峰的衰减比非氢化多层膜的情况慢。定性地说，所观察到的行为可以解释为饱和氢的快速解吸，导致在450 ℃下形成气泡和凹坑，以及在400 ℃下，在具有较低H含量的样品中，通过悬挂键的可能钝化，导致扩散混合减慢。
2009-02-10 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
Visible luminescence from hydrogenated amorphous silicon modified by femtosecond laser radiation
利用飞秒激光辐照氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜，在空气中制备了SiO2/SiO2/SiO2纳米晶复合材料，并观察到了可见光发射。光致发光起源于硅微晶与SiO2基体界面处的缺陷态。该方法可用于制备发光层以提高a-Si：H太阳电池的能量转换。
2012-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Studies on optical signal due to oxygen effect on hydrogenated amorphous/crystalline silicon thin-films
我们研究了氧对氢化非晶硅/晶体硅薄膜的结构和光学性质的影响。在微晶和非晶过渡区之间制备了不同的氢化氧化硅（SiO：H）和硅（Si：H）薄膜。用X射线衍射、拉曼光谱、红外光谱和紫外-可见光谱对不同的薄膜进行了表征。与氢化非晶硅氧化物（a-SiO：H）、氢化非晶硅（a-Si：H）和微晶硅（$μ$ c-Si：H）膜等不同类型的膜的结果的比较揭示了它们作为用于太阳能电池的优异物质的优越性。X射线衍射、红外光谱和拉曼光谱分析表明，H稀释效应的不同对薄膜的结构和光学性能有较大的影响。非晶硅-氧和硅-氢化物合金薄膜的光致发光分析表明，它们适合作为硅基发光器件。1.83 eV的大光学带隙和在2.0 eV处的强光致发光的出现验证了a-SiO：H膜作为太阳能电池的更好替代物的适用性。
2020-11-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
Electronic states of trans-polyacetylene, poly(p-phenylene vinylene) and sp-hybridised carbon species in amorphous hydrogenated carbon probed by resonant Raman scattering
利用共振拉曼散射（RRS）研究了非晶氢化碳（a-C：H）薄膜在近红外-紫外波段的拉曼散射，发现了sp-杂化的反式聚乙炔[trans-（CH）x]和聚对苯乙炔（PPV）链的存在。研究发现，随着激光激发能\hbar ωL从近红外到可见光再到紫外的增加，反式（CH）x芯Ag模和PPV CC-H亚苯基模的RRS谱发生了转变和色散，而sp键夹杂只在紫外区出现.这归因于\hbar ωL探测反式-（CH）x链的不均匀性和具有不同共轭长度的链的分布;对于PPV，归因于顺炔环无序的共振探测;对于sp链段，归因于\hbar ωL探测末端多炔的局部带隙。红外光谱分析证实了sp，trans-（CH）x和PPV包裹体的存在。所获得的RRS结果为a-C：H表示核心Ag trans-（CH）x模式和PPV亚苯基模式之间的差异。此外，发现在不同的激光激发能下，非晶碳基质中的反式-（CH）x链段的拉曼光谱特征的变化与本体反式聚乙炔中的相同。后者的发现可以用来促进识别的反式-（CH）x在复杂的碳质材料的光谱。
2010-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Raman micro-spectroscopy as a tool to measure the absorption coefficient and the erosion rate of hydrogenated amorphous carbon films heat-treated under hydrogen bombardment
我们提出了一种快速和简单的方法来确定暴露于氢原子源的氢化非晶碳膜的腐蚀速率和吸收系数的非原位显微拉曼光谱的基础上。结果进行了比较椭偏测量。该方法适用于在不同温度下腐蚀的薄膜。在~ 450 { \degree }C时发现最大侵蚀速率，这与以前的结果一致。该技术适用于未来的定量研究薄碳膜的侵蚀，特别是感兴趣的热核聚变装置中发生的等离子体壁相互作用。
2013-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Quantification of nanoscale density fluctuations in hydrogenated amorphous silicon
利用小角X射线（SAXS）和中子散射（SANS）相结合的方法研究了氢化非晶硅（a-Si：H）的纳米结构，空间分辨率为0.8nm。a-Si：H材料是使用一系列广泛变化的条件沉积的，并且是这类材料的代表。我们确定了两个不同的阶段，这是嵌入在a-Si：H矩阵和量化都根据他们的散射截面。首先，检测到1.2 nm尺寸的空隙（具有多于10个缺失原子的多偶性），其形成具有1.6 nm空隙到空隙距离的超晶格。在以高速率沉积的a-Si：H材料中，发现空穴的浓度高达6*10^19 ccm。第二，发现了平均直径为1 nm的贫氢的致密有序畴（DOD），DOD倾向于形成10-15 nm尺寸的聚集体，并且在本文考虑的所有a-Si：H材料中大量发现。这些定量研究结果使人们有可能了解a-Si：H的结构和电子性质之间的复杂关系，并直接将它们与光诱导缺陷的形成联系起来。最后，推导了一个结构模型，验证了理论预测的a-Si：H纳米结构。
2020-06-11 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
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
Boron-Doping Effects on Local Structures of Semiconducting Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Thin Films Fabricated via Coaxial Arc Plasma: an X-ray Absorption Spectroscopic Study
利用同轴电弧等离子体技术制备的超纳米金刚石/氢化非晶碳复合薄膜具有金刚石颗粒嵌入非晶碳和氢化非晶碳基体中的显著结构特征。由于非晶性质产生更大的光吸收系数，以及与紫外线的光致载流子的产生源，这些薄膜可以是深紫外光电探测器应用的潜在候选人。从一些以前的研究中，p型导电的薄膜已实现通过掺杂硼在实验条件下。此外，他们的光学和电学特性进行了研究以前。然而，在很大程度上影响器件的物理性能的键合结构还没有被研究。本文对近边X射线吸收精细结构光谱进行了表征。结果表明，在掺硼初期，金刚石表面优先形成σ* C-B键态，导致结构畸变。进一步掺杂到膜中减少了不饱和键如π* C=-C的量，这可能是器件性能劣化的原因。我们的工作提出了一个基本的情况下模型的局部结构的薄膜上的硼掺杂的影响。
2021-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
Long-range fluctuations of random potential landscape as a mechanism of 1/f noise in hydrogenated amorphous silicon
我们描述了一种机制，它将由带电缺陷引起的长程电位波动与低频电阻噪声（广泛称为1/f噪声）联系起来。这种机制是服从第一原理的噪声频谱，其中包括绝对噪声强度的微观计算。我们对氢化非晶硅（a-Si：H）薄膜在电流垂直于膜面流动的条件下进行了这样的计算，发现理论噪声强度与测量噪声强度之间有很好的一致性。所描述的机制是相当普遍的。它应该存在于一个广泛的系统类别包含不良屏蔽带电缺陷。
2007-07-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Characterization of low-loss hydrogenated amorphous silicon films for superconducting resonators
在毫米-亚毫米天文学中使用的超导谐振器将大大受益于具有小介电损耗的淀积介质。我们使用等离子体增强化学气相沉积法在100°C、250°C和350°C的衬底温度下沉积氢化非晶硅薄膜。所测得的空穴体积分数、氢含量、微观结构参数和键角无序度与衬底温度呈负相关。在120 mK和4-7 GHz下，对于$10^5$光子的谐振器能量，所有三种膜都具有低于$10^{-5}$的损耗角正切。这使得这些薄膜有望用于微波动力学电感探测器和片上毫米-亚毫米滤波器。
2020-12-14 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
The effect of nitriding on the humidity sensing properties of hydrogenated amorphous carbon films
研究了氮化对氢化非晶碳（a-C：H）薄膜湿敏特性的影响。薄膜的制备分两个阶段结合气相蒸发（PAPVD）和等离子体脉冲渗氮的物理沉积技术。通过拉曼光谱的解卷积，我们确定了对应于a-C：H的D和G模式特征的两个峰。经N $_2$ -H $_2$等离子体处理后，峰变窄并右移，我们认为这与N掺入到结构中有关。我们比较了N $_2$ -H $_2$等离子体处理前后薄膜对相对湿度（RH）的敏感性。氮化改善了作为低频电阻测量的湿敏性。通过交流阻抗谱研究了不同RH条件下交流电导率$σ$的频率依赖性。在氮化$σ(ω)\sim A ω^s$之前，它似乎具有在其他无定形系统中看到的普遍行为。湿度改变了整体量表$A$。渗氮后，指数$s$增大，并呈RH依赖性。我们将这种行为与样品氮化时水分子与基体之间相互作用机制的变化联系起来。
2021-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Evidence of hydrogen termination at grain boundaries in ultrananocrystalline diamond/hydrogenated amorphous carbon composite thin films synthesized via coaxial arc plasma
超纳米金刚石/氢化非晶碳复合薄膜由三种不同的成分组成：超纳米金刚石微晶、氢化非晶碳以及它们之间的晶界。由于晶界含有大量的悬空键和不饱和键，它们将是载流子陷阱中心降低器件性能的原因，在可能的应用中，如UV光探测器。我们的实验表明，氢原子优先纳入晶界和终止悬挂键通过几种光谱技术。XPS测量无法检测到薄膜中sp^2-和sp^3-杂化碳的定量跃迁，导致sp^3含量为55- 59%。另一方面，FT-IR和NEXAFS确实显示了某些碳杂化量的变化。前者证实了通过额外的氢化，sp^2烃转化为sp^3烃约10%，后者代表了化学构型从π* C{ \equiv }C和π* C=C到σ* C-H的变化。这些结果可以是一个证据的本地化氢在晶界上，这在终止悬挂键和不饱和键的一部分，他们是相关的光学和电学性能的薄膜研究在一些以前的研究。我们对氢化效应的光谱研究结合对光学和电学特性的讨论证实了氢化可以是在上述传感应用中增强光伏性能的有效工具。
2020-12-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic Structure of Dangling Bonds in Amorphous Silicon Studied via a Density-Matrix Functional Method
本文采用含孤立悬挂键的氢化非晶硅结构模型，研究了电子相互作用对电子能级分裂、电荷和自旋局域化以及电荷和自旋涨落的影响。这些属性计算与最近开发的密度矩阵相关能量泛函应用到广义安德森哈密顿量，包括紧束缚的单电子参数化氢化非晶硅加上本地相互作用项。能级分裂的电子相互作用参数U的大值的渐近值，并为U的物理相关的值是在0.3-0.5 eV的范围内。电子自旋高度集中在悬挂键的中心轨道上，而电荷分布在悬挂键周围的更大区域上。这些结果与已知的实验数据和以前的密度泛函计算是一致的。自旋涨落与非限制Hartree-Fock理论所得结果有很大不同。
2002-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Superconductivity in Layered van der Waals Hydrogenated Germanene at High Pressure
在高压压缩和减压过程中，观察到层状范德华氢化锗烯（GeH）的结构和超导转变。GeH在8.39 GPa下的临界温度（Tc）为5.41 K时具有超导转变。在16.80 GPa下发生晶体到非晶的转变，同时保持超导性。一个异常增加的Tc高达6.1 K已被观察到在减压过程中，而GeH保持无定形。原位高压同步辐射X射线衍射和原位高压拉曼光谱的密度泛函理论模拟表明，GeH的超导电性是由于高压下费米能级态密度的增加以及电子-声子耦合效应的增强。减压驱动的超导电性增强来自于与面内Ge-Ge声子模相关的压力诱导声子软化。GeH作为一种非晶态金属氢化物超导体，为研究层状vdW材料中的非晶态氢化物超导性提供了一个平台。
2021-06-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Hydrogenated Amorphous Silicon Carbide: A Low-loss Deposited Dielectric for Microwave to Submillimeter Wave Superconducting Circuits
低损耗的沉积超导体将有利于超导器件，如集成超导谱仪，超导量子比特和动力学电感参量放大器。与平面结构相比，微带等多层结构更紧凑，消除了高频下的辐射损耗。多层结构最容易用沉积的介电层制造，其通常表现出比晶体介电层更高的介电损耗。用NbTiN/a-SiC：H/NbTiN微带谐振器超导芯片测量了氢化非晶碳化硅（a-SiC：H）的亚开尔文、低功率微波和毫米波介电损耗。我们通过等离子体增强化学气相沉积在400°C的衬底温度下沉积a-SiC：H。a-SiC：H在270至385 GHz的范围内具有范围从$0.80 \pm 0.01 \times 10^{-4}$至$1.43 \pm 0.04 \times 10^{-4}$的mm-亚mm损耗角正切。微波损耗角正切为$3.2 \pm 0.2 \times 10^{-5}$。这些是最低的低功率亚开尔文损耗角正切，已报告的微带谐振器在毫米-亚毫米和微波频率。我们观察到损耗角正切随频率增加。a-SiC：H膜没有气泡并且具有低应力：在200 nm厚度下的$-$ 20 MPa压缩至在1000 nm厚度下的60 MPa拉伸。
2021-10-07 astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci
The 217.5 nm band, infrared absorption and infrared emission features in hydrogenated amorphous carbon nanoparticles
我们报道了氢化非晶碳纳米颗粒的制备，其光谱特性包括在217.5 nm处的吸收带，具有星际217.5 nm特征的轮廓和特征。这些粒子的振动光谱也包含了在弥漫的星际介质中尘埃的吸收和发射中通常观察到的特征。这些材料在缓慢沉积条件下通过使入射碳原子的通量最小化和通过降低表面迁移率来产生。初始化学导致碳链的形成，连同有限范围的小芳环分子，并最终导致具有sp2/sp3比= 0.4的碳纳米颗粒。颗粒组成的光谱分析表明，萘和萘衍生物是该材料的重要组成部分。我们建议，碳纳米颗粒具有类似的组合物是负责星际217.5 nm波段的外观，并概述了这些颗粒如何可以形成在原位扩散云条件下的硅酸盐颗粒的表面上的碳沉积。在这些条件下形成的碳纳米粒子的光谱数据准确地再现了来自许多银河系来源的红外发射光谱。我们提供了第一个详细的适合A型和B型排放源的观测光谱完全基于测量光谱的碳质材料，可以在实验室中生产。
2012-10-11 astro-ph.GA cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A Gaussian Approximation Potential for Amorphous Si:H
非晶硅（a-Si：H）的氢化对于降低缺陷密度、钝化中间带隙态和表面以及改善硅基电光器件中的光电导性至关重要。模拟这种材料的原子尺度结构对于理解这些过程至关重要，而这反过来又需要描述c-Si/a-Si：H异质结，这些异质结是现代太阳能电池的核心，具有世界纪录的效率。密度泛函理论（DFT）研究达到了所需的高精度，但由于其高计算成本，仅限于中等系统大小（100个原子左右）。特别是非晶材料的模拟已经受到这种高成本的阻碍，因为需要大的结构模型来捕获这种材料的特征的中程有序。经验势模型要快得多，但它们的精度不足以正确描述受挫折的局部结构。数据驱动的“机器学习”原子间势打破了这一僵局，并在描述各种元素相的非晶材料方面取得了巨大成功。在这里，我们将与氢的相互作用，从而显着提高了程度的现实主义与非晶硅可以建模的高斯近似势（GAP）的硅。我们表明，我们的Si：H GAP能够模拟氢化硅的精度非常接近DFT，但计算费用和运行时间减少了几个数量级的大型结构。我们证明了能力的Si：H GAP通过创建氢化液体和非晶硅模型，并显示其能量，力和应力与DFT结果非常一致，其结构被捕获的键和角度分布，与DFT和实验。
2022-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Wettability and sp2/sp3 ratio effects on supercapacitor performance of N-doped hydrogenated amorphous Carbon Nanofoam
本研究通过真空退火调控 N 掺杂无定形碳纳米泡沫的润湿性与 sp2/sp3 比例，使其比电容提升约50倍，并结合原位拉曼-电化学测量解释了比电容随扫描速率增加的活化机制。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The formation of well-defined crystalline structures by UV laser irradiation of amorphous silicon films
这项研究为薄膜氢化非晶硅在氧气存在下接受紫外激光照射时发生的过程提供了新的见解。它通过观察使薄膜经受逐渐增加的激光辐射剂量的影响来实现这一点。这表明，首先产生了一系列核，导致形成了与氧化硅结构一致的定义明确的晶体网络。进一步的照射导致在结晶网络上形成锥形结构，这是由于硅-氧键断裂和所得富硅材料的迁移。最终，锥形结构成为主要特征，但仍由原始晶体结构的纳米线残余物互连。
2016-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Amorphous Boron Nitride: Ab initio Study of its vibrational properties
氮化硼（BN）是一种结构通用的绝缘体，因为它可以在几种具有有趣的机械和电气性能的晶体结构中找到，使这种材料对技术应用具有吸引力。为了改善非晶相（a-BN）的特性，一些研究小组进行了非晶相（a-BN）的实验和模拟研究，主要集中在电学和结构性能、压力诱导相变和氢化a-BN等方面。在这项工作中，两个非晶结构的计算产生和研究使用从头算分子动力学上的216个原子的超级电池具有两种不同的密度，2.04和2.80克厘米$^{-3}$。遵循我们的欠熔淬火方法，因为它已被证明可以为无序材料及其性能提供良好的结构。报道了这两个样品的拓扑结构、振动态密度和一些热力学性质，并与已有的实验结果进行了比较。一些计算结果也被重新审视。
2022-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Bonding properties of amorphous silicon and quantum confinement in the mixed phases of silicon nano slabs
本文在密度泛函计算的基础上，利用分子理论中的Bader原子，对非晶硅（a-Si）的成键性质进行了定量的微观分析，这些成键性质可以反映出该材料可观察到的力学和电子行为。此外，还研究了氢化a-Si（a-Si：H）半导体中硅晶体纳米片（SiNS）复合物中载流子量子限制的发生和强度。结果表明，在[100]方向上限制的硅片的限制效应最强。展示了带隙随SiNS宽度的可调性，并研究了能态随尺寸变化的标度律。它被证明和争论为什么在这些系统中的限制的空穴是强于电子约束。还详细介绍了氢钝化非晶硅缺陷的计算方法。
2019-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Measuring Charge Transport in an Amorphous Semiconductor Using Charge Sensing
我们使用纳米级硅MOSFET作为电荷传感器测量氢化非晶硅（a-Si：H）中的电荷输运。这种电荷检测技术使得测量非常大的电阻成为可能。在高温下，其中a-Si：H电阻不是太大，电荷检测测量与电流的直接测量一致。器件的几何形状使我们能够探测场效应和色散输运在a-Si：H使用电荷传感和提取费米能量附近的态密度。
2009-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
CW and pulsed electrically detected magnetic resonance spectroscopy at 263 GHz/12 T on operating amorphous silicon solar cells
在这里，我们描述了一种新的高频/高场连续波和脉冲电检测磁共振（CW EDMR和pEDMR）设置，工作在263 GHz和0和12 T之间的谐振场。利用263 GHz CW和pEDMR以及X波段CW EDMR研究了5 K和90 K下氢化非晶硅p-i-n太阳电池的自旋输运特性。得益于263 GHz的卓越分辨率，我们能够更好地解析源自自旋相关跳跃和复合过程的EDMR信号。5 K EDMR谱主要由导带和价带带态组成，它们与自旋相关的跃迁有关，另外还有三重态激子的贡献. 90 K EDMR谱可以归属于自旋对复合，包括导带尾态和悬挂键作为主要的自旋相关输运过程，另外还有来自价带尾态和三重态激子态的贡献.
2015-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Stress effects on the Raman spectrum of an amorphous material: theory and experiment on a-Si:H
材料中的应变引起振动频率的变化，这是振动和原子间势的性质的探针，并且可以用于通过拉曼显微镜绘制局部应力/应变分布。该方法是晶体硅器件的标准方法，但由于缺乏校准关系，它尚未应用于非晶材料，如氢化非晶硅（a-Si：H），这是一种广泛研究的薄膜光伏和电子器件材料。计算了不同应变下a-Si：H \ab的拉曼光谱，发现峰位移为$Δω= \left( -460 \pm 10\ \mathrm{cm}^{-1} \right) {\rm Tr}\ ε$。对称性分析和显式计算表明，这种与应变迹线成比例的关系是各向同性非晶振动模的一般形式。我们还进行了拉曼测量下的应变，并发现了一致的系数$-510 \pm 120\ \mathrm{cm}^{-1}$。这些结果表明，即使对于非晶材料的宽峰，也可以实现拉曼/应变关系的可靠校准，具有与晶体材料类似的准确度和精度。
2015-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Inverse approach to atomistic modeling: Applications to a-Si:H and g-GeSe2
我们讨论了一个反的方法为原子模型的玻璃材料。重点是氢化非晶硅和玻璃态GeSe 2合金的结构建模和电子性质。这项工作是基于一种新的方法“实验约束分子弛豫（ECMR）”。不同于传统的方法（如分子动力学（MD）和蒙特卡罗模拟（MC），其中指定的潜在功能和系统的发展无论是确定性（MD）或随机（MC），我们开发了一种新的计划，使用实验数据与密度泛函计算模型的结构配置。我们已经应用这种方法来模拟氢化非晶硅和玻璃态GeSe 2。这些模型的电子和结构性质进行了比较，从传统的分子动力学模拟的实验数据和模型。
2008-01-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Band offsets at the crystalline/amorphous silicon interface from first-principles
在现代硅异质结太阳能电池中，晶体硅和氢化非晶硅（a-Si：H）之间的能带偏移是控制电荷输运的关键参数。它们是用于进一步优化太阳能电池的宏观模拟器的重要输入。过去的实验研究，使用X射线光电子能谱学（XPS）和电容-电压测量，产生了相互矛盾的结果上的带偏移。在这里，我们提出了一个计算研究的频带偏移。它是基于原子模型和密度泛函理论（DFT）。的非晶部分的接口是通过相对较长的DFT的第一性原理分子动力学（MD）运行在升高的温度下30个统计独立的样品。为了获得一个真实的导带位置的电子结构的界面计算与混合泛函。我们发现一个轻微的不对称的能带偏移，其中在价带（0.30 eV）的偏移大于在导带（0.17 eV）。我们的结果与最新的XPS测量报告的价带偏移为0.3 eV [M. Liebhaber等人，应用物理信函106，031601（2015）]。
2016-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence in amorphous MgSiO_3 silicate
非晶MgSiO_3样品在升温至晶化温度的过程中，其光致发光活性上升，在~ 450 ℃达到峰值。光致发光谱在595 nm处有一个主峰，在624 nm处有一个较弱的峰。我们目前的实验室数据表明，在光致发光活动的最大值是有关的大量结构重排，发生在一个相对较窄的温度范围内。我们归因于非桥接氧空穴中心缺陷的光致发光的起源，形成周围的有序纳米尺寸的域结构作为一个结果的四面体连接的无序域间网络的解体，辅助键合OH的损失。这些缺陷随着结晶的进展而被去除，导致光致发光的减少和最终损失。因此，热处理的氢化无定形硅酸盐颗粒可以代表扩展红光发射的潜在载体。
2013-07-02 astro-ph.SR cond-mat.mtrl-sci
Microstructure, magneto-transport and magnetic properties of Gd-doped magnetron-sputtered amorphous carbon
采用磁控共溅射法将磁性稀土元素钆（Gd）掺杂到非晶碳薄膜（氢化\textit{a} -C：H或无氢\textit{a} -C）中。Gd作为磁性以及电掺杂剂，导致在低于温度（$T'$）下的巨大的负磁阻。引入氢来控制非晶碳的成键结构。采用高分辨电子显微镜、离子束分析和拉曼光谱表征了Gd掺杂对\textit{a-} Gd $_x$ C $_{1-x}$（：H $_y$）薄膜形貌、成分、密度和键合的影响。当$x$的含量为$x$ =22.0 at.%时，薄膜基本上是无定形的，并且是均匀的.随着Gd掺杂量的增加，与$sp^{2}$键合的碳原子由碳链向六元石墨环演化。H的引入打开了石墨环，并稳定了富含$sp^{2}$的碳链无规网络。其输运性质不仅与Gd掺杂有关，而且对$sp^{2}$有序度也非常敏感。磁特性，如自旋玻璃冻结温度和磁化率，与Gd浓度成比例。
2007-01-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Polyamorphism of ice at low temperatures from constant-pressure simulations
我们报告的结果MD模拟的无定形冰在压力范围0 - 22.5千巴。将在T = 80 K下压缩Ih冰制备的高密度非晶冰（HDA）在中间压力下退火至T = 170 K，以产生弛豫态。我们确认存在最近观察到的现象，非常高密度的无定形冰和连续的HDA形式。我们认为，这两种现象都有其起源的退火HDA相的网络拓扑结构的体积减小的演变，导致在低温下的密度范围内的亚稳性。
2004-04-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Amorphous silicon detectors for proton beam monitoring in FLASH radiotherapy
本文研究了基于氢化非晶硅的探测器在FLASH质子放疗超高剂量率下的监测性能，验证其在高达20 kGy/s范围内具有与偏置条件无关的优异线性响应，并分析了性能退化与恢复特性。
2024-08-06 cond-mat.mtrl-sci hep-ex
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
Strain-controlled crystalline--amorphous transition and flat-band tuning in buckled silicon kagome
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究弯曲硅卡戈梅晶格，通过双轴张力控制晶格动力学与电子色散，利用应变耦合热亚稳性等，实现应变控制晶体 - 非晶转变和平带调谐，是应变控制平带和电子关联物理的候选平台。
2026-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Abnormal Staebler-Wronski effect of amorphous silicon
在过去五年中取得的巨大成就，如创纪录效率的非晶硅/晶体硅异质结（SHJ）太阳能电池和尖端的钙钛矿/SHJ串联太阳能电池，将氢化非晶硅（a-Si：H）置于新兴光致发光的最前沿。由于在非晶四价硅中三价硼（B）的极低掺杂效率，上述器件的光捕获受到其填充因子（FF）的限制，填充因子（FF）是载流子传输的直接度量。开发高导电掺杂a-Si：H以最小化FF损耗是具有挑战性但至关重要的。在这里，我们报告了强光浸泡可以有效地提高暗电导的B掺杂的a-Si：H“薄膜”，这是一个异常的Staebler-Wronski效应。通过对SHJ太阳能电池实施这种异常效应，我们在244.63-cm 2的晶片上实现了25.18%的认证功率转换效率（PCE）（指定面积上为26.05%）和85.42%的FF。该PCE是总面积“顶/背”接触硅太阳能电池的最高报告值之一。FF达到了Shockley-Queisser极限的98.30%。
2021-06-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strong Spreading in a Droplet Flow for Low-Dimensional Nanostructures Growth
本文报道了用透射电镜原位观察铟液滴在表面覆盖有氢化非晶硅（a-Si：H）的氮化硅膜上的流动，并由此制备出面内c-Si纳米线。我们观察到，液滴强烈蔓延的a-Si：H涂覆的表面，而它从c-Si NW露点。这种原位观察，结合这种液-固系统的几何分析，与de Gennes理论预测的液滴流体动力学的反应扩散，其中液滴流动的润湿性梯度是由一个渐进的自憎过程，由于液滴介导的结晶a-Si：H保持良好的一致性。有趣的是，我们记录了液滴-纳米线界面的温度依赖性演化，这导致液滴破裂，自转向和纳米片到纳米线的转变。我们阐明了这些丰富的纳米流体现象的基础上的异质成核反应扩散的模型。
2020-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Reducing quantum-regime dielectric loss of silicon nitride for superconducting quantum circuits
利用超导LC谐振器在30 mK和5 GHz下测量了非晶氢化氮化硅（a-SiN $_{x}$：H）的损耗，并利用独立二能级系统（TLS）缺陷模型进行了分析。每个a-SiN $_{x}$：H膜用不同浓度的氢杂质沉积。我们发现a-SiN $_{x}$：H中的量子区介电损耗角正切$\tanδ_{0}$与N-H杂质（包括NH $_{2}$）强烈相关。通过略微降低$x$，我们能够将$\tanδ_0$降低约50倍，其中最好的胶片显示$\tanδ_0$ $\simeq$ 3 $\times$ 10 $^{-5}$。
2010-01-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
The two-step photoexcitation mechanism in a-Se
采用第一原理模拟方法研究了非晶硒（a-Se）中的光诱导亚稳态现象以及变价对（VAP）缺陷在这一过程中的贡献。VAP缺陷被证实是平衡缺陷，它最大限度地减少了不稳定的孤对（LP）电子的取向诱导相邻的硒链之间的相互作用，从而缓解了系统中的张力。LP电子的激发被提出来描述两个共存的过程，即单电子和双电子激发。这两个过程都被发现在带隙中形成缺陷态，并导致实验观察到的光暗化和光体积膨胀，然而，只有双电子激发能够触发键重排和结构转变。伴随键重排的晶格弛豫以-0.9 $\pm$ 0.3 eV的特征能量发生，并促进能量上有利的VAP缺陷或结晶夹杂物的形成，从而最终刺激光诱导结晶。此外，光诱导结晶已被直接模拟在一个系统中增加的结晶顺序。
2014-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Concentration in Photovoltaic a-Si:H Annealed at Different Temperatures Measured by Neutron Reflectometry
非晶氢化硅（a-Si：H）是用于光伏硅（Si）晶片表面缺陷钝化以减少其复合损失的重要材料。然而，该材料在高温下的氢（H）解吸方面是不稳定的，这在加工和器件制造期间可能是一个问题。在这项工作中，我们确定的a-Si：H/Si双层结构的中子（NR）和X射线反射计（XRR）结合光电导测量产生的少数载流子寿命的表征的温度稳定性的a-Si：H。中子对氢等轻元素敏感，而对氢浓度不敏感的X射线对层结构提供了独立的约束。结果表明，H-脱附发生在温度T = $425\,^{\circ}\mathrm{C}$附近，并且氢含量与少子寿命呈强相关的线性关系，这可以解释为一个氢原子钝化一个缺陷。
2018-05-22 cond-mat.mtrl-sci
