Spinney: post-processing of first-principles calculations of point defects in semiconductors with Python
理解和预测半导体和绝缘体中点缺陷的热力学性质将极大地帮助设计新材料，并允许调整现有材料的性质。事实上，基于密度泛函理论和超原胞方法的第一性原理计算已经成为研究固体中点缺陷的标准工具。然而，在稀释极限，最感兴趣的新型半导体材料的设计，原始DFT计算需要大量的后处理。Spinney是一个开源Python软件包，旨在处理第一性原理计算，以获得几个感兴趣的量，如化学势限制，确保缺陷负载系统的热力学稳定性，缺陷电荷跃迁能级，缺陷形成能量，包括有限尺寸效应的静电校正，以及缺陷和载流子浓度。在本文中，我们展示了能力的Spinney代码使用c-BN，Mg掺杂的GAN，TiO 2和ZnO为例。
2020-07-08 cond-mat.mtrl-sci
First principles predictions of magneto-optical data for semiconductor defects: the case of divacancy defects in 4H-SiC
半导体中磁光活性单点缺陷的研究和设计由于其在量子比特和单光子发射器应用中的潜力而迅速发展。详细了解候选缺陷的性质对于这些应用是必不可少的，并且需要识别缺陷的微观构型和电子结构。多组分半导体通常具有两种或更多种非等效的点缺陷配置。这些配置通常表现出类似的电子结构和基本功能，然而，它们在细节上不同，这在考虑单个缺陷应用时非常重要。因此，识别点缺陷的非等效配置对于成功的单缺陷操作和应用是必不可少的。一个有前途的方法来识别缺陷是通过比较实验测量和第一原理计算的结果。我们调查的可能性，以产生准确的从头算数据的零声子线和超精细耦合参数，需要系统的量子位搜索。我们专注于可能使用的双空位缺陷的量子位在4 H-SiC的相关属性。我们提供了一个决定性的识别4 H-SiC中的双空位配置和澄清4 H-SiC双空位零声子光致发光线的先前预测的差异。
2017-08-15 cond-mat.mtrl-sci
The role of screening in the density functional applied on transition metal defects in semiconductors
我们用区间分离的杂化密度泛函（HSE 06）方法研究了硅和碳化硅半导体中与过渡金属相关的点缺陷。我们发现，HSE06不满足广义Koopmans定理的每一个缺陷，这是由于自相互作用的错误，在这种情况下的功能。通过对泛函的简单修正，恢复所谓的广义Koopmans条件，可以消除这种误差，使计算的电荷跃迁能级与实验数据以及多体微扰理论计算的准粒子能级非常接近。
2013-01-18 cond-mat.mtrl-sci
ADAQ: Automatic workflows for magneto-optical properties of point defects in semiconductors
自动缺陷分析和鉴定（ADAQ）是一个自动工作流程的集合，用于半导体中点缺陷磁光特性的高通量模拟。这些工作流程通过自动化过程来处理大量缺陷，以松弛主体材料的单位晶胞、构建超晶胞、创建点缺陷簇以及在电子基态和激发态中执行计算。主要的输出是磁光特性，包括零声子线，零场分裂，和超精细耦合参数。此外，还计算了形成能。我们证明了ADAQ的能力，通过执行一个完整的表征碳化硅中的硅空位的多型4 H（4 H-SiC）。
2021-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of dislocation nucleation from simple surface defects in semiconductors
大规模的原子计算，使用模拟半导体的经验势，已被执行的应力系统与线性表面缺陷，如步骤。虽然具有表面缺陷的系统的弹性限度仍然接近理论强度，但结果表明，这些缺陷削弱了原子结构，初始化了塑性形变，特别是位错。位错形核的性质可以通过考虑与外加应力方向相关的切应力和Peierls应力来预测。在低温下，只观察到滑移集平面内的滑移事件。然后，它们逐渐消失，并在高于900 K的温度下被非晶化/熔化区所取代。
2007-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Defect-Assisted Recombination in Semiconductors and Photovoltaic Device Parameters from First Principles
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；S. N. Bose National Centre for Basic Sciences（S.N. 玻色基础科学国家中心）
本文提出一种基于首原理计算半导体中缺陷辅助肖克利-莱德-霍尔复合速率的方法，评估缺陷对七种新兴光伏半导体器件参数的影响，揭示传统近似方法的局限性。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Scanning Tunneling Microscopy of Defect States in the Semiconductor Bi$_2$Se$_3$
Bi $_2$ Se $_3$掺杂过量Bi的扫描隧道光谱图像揭示了具有类似三叶草叶子的引人注目的形状的电子缺陷状态。用一个简单的紧束缚模型，我们表明，在Bi $_2$ Se $_3$的缺陷态的几何形状可以直接相关的位置的起源杂质。只有Bi缺陷的Se网站五个原子层以下的表面实验观察到。我们发现，这种效果可以解释的缺陷和表面电子结构的相互作用。
2002-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Predicting the Thermal Behavior of Semiconductor Defects with Equivariant Neural Networks
本文提出利用等变神经网络高效预测半导体缺陷在有限温度下的热行为，通过主动学习方法结合MACE和DeepH-E3网络，实现与密度泛函理论相当的计算精度，但成本显著降低。
2025-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen defects and ferromagnetism of Cr-doped AlN diluted magnetic semiconductor from first principles
报道了用各种方法制备的Cr掺杂AlN稀磁半导体的居里温度高达900 K，这对于自旋电子学应用是令人兴奋的。据认为，N缺陷在实现良好样品的高温铁磁性方面起着重要作用。基于这些实验进展，我们采用全势密度泛函理论和超原胞方法研究了N缺陷对含N空位（VN）的（Al，Cr）N铁磁性的影响。计算结果与实验观察和实际掺铬AlN样品及其合成的事实相一致。我们的第一性原理研究结果对于阐明铁磁性的形成机制和开发高性能的掺铬AlN稀磁半导体材料具有重要意义。
2008-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Assessing the SCAN functional for deep defects and small polarons in wide-bandgap semiconductors and insulators
该研究通过与实验及杂化泛函结果对比，评估 SCAN 泛函在多种宽禁带半导体和绝缘体深层缺陷、小极化子计算中的可靠性。
2024-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Modeling of dielectric hysteresis loops in ferroelectric semiconductors with charged defects
我们提出了具有带电缺陷和普遍的非本征电导的铁电半导体的介电滞回线的唯象描述。我们修正了Landau-Ginsburg方法，证明了上述非均匀系统的宏观状态可以用三个序参量的三个耦合方程来描述。无论是实验观察到的矫顽场值远低于热力学和各种磁滞回线变形（收缩和双循环）已获得在我们的模型的框架。所得结果定量地解释了PZT厚膜等铁电材料的铁电开关现象。
2004-08-30 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Calculations of Luminescence Spectrum Line Shapes for Defects in Semiconductors: The Example of GaN and ZnO
本文对电子振动耦合引起的缺陷发光带展宽进行了理论研究。对多维振动问题可以映射到一维有效位形坐标图上的假设进行了数值证明。我们的方法是基于密度泛函理论的混合功能，实现了GAN和ZnO中的重要缺陷，显示前所未有的协议与实验的发光线形。我们发现明确的趋势有关的有效参数，其特征发光带的施主和受主型缺陷，从而促进其识别。
2013-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Single Crystal Growth of Ga2(SexTe1-x)3 Semiconductors and Defect Studies via Positron Annihilation Spectroscopy
用改进的Bridgman法生长了Ga_2（SexTe_（1-x））_3半导体小单晶（x = 0.1，0.2，0.3）。高分辨率粉末X射线衍射证实了锌立方结构，在（111）布拉格线附近观察到额外的卫星峰。这表明，在[111]方向上存在先前在Ga 2 Te 3中观察到的有序空位平面。通过正电子湮没光谱缺陷研究表明，平均正电子寿命为400 ps的散装作为生长的标本。如此大的寿命表明，这些材料中的正电子湮没位点主要是由缺陷。此外，通过符合多普勒展宽测量分析的电子动量表明存在大量的开体积缺陷，可能是空位簇或空隙。
2011-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Effects of excess carriers on native defects in wide bandgap semiconductors: illumination as a method to enhance p-type doping
半导体中的不期望的无意掺杂和掺杂限制通常由具有低形成能的补偿缺陷引起。由于带电缺陷的形成能量线性地依赖于费米能级，因此掺杂限制在费米能级可以显著变化的宽带隙半导体中可能特别明显。在生长或处理过程中引入非平衡载流子浓度改变了能带载流子的化学势，从而提供了以在热平衡下不可能的方式修改带电缺陷群的可能性。在这里，我们证明，对于一个遍历系统与过剩的载流子，涉及缺陷电荷跃迁水平的载流子捕获和发射率严格确定的混合物的电子和空穴准费米能级确定的非零电荷状态的形成能量的缺陷类型。目录的范围内可能的响应过剩的载流子，我们调查的行为的一个单一的施主样缺陷的功能的非本征掺杂和能量的电荷跃迁水平。技术上最重要的发现是，对于带隙中电荷跃迁能级的大多数值，过量载流子将增加补偿缺陷的形成能。因此，可以克服由原生缺陷施加的对掺杂的限制。在宽带隙半导体中也存在这样的情况，其中具有与主要掺杂剂相同的电荷极性的缺陷的浓度保持不变或实际上增加。这些不同的行为的原因是合理化的捕获和排放率和准则进行实验测试，该模型给出。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of compensating native defect formation during semiconductor processing via excess carriers
在许多半导体中，补偿缺陷设置掺杂限制，降低载流子迁移率，并减少少数载流子寿命，从而限制了它们在器件中的应用。在许多情况下，本征缺陷是原因，但是当占据交替的晶格位置时，外来掺杂剂也可以充当其自身的补偿。在接近热平衡的处理过程中抑制补偿缺陷的浓度是困难的，因为随着费米能级向多数带边缘移动，形成缺陷降低。例如通过光生作用引入的过量载流子改变了半导体缺陷的形成焓，因此可以在晶体生长或退火期间被利用以抑制这种缺陷群。在这里，我们开发了一个严格的和一般的模型缺陷形成的存在下，稳定状态的过量载流子浓度相结合的标准准化学形式主义与详细的平衡描述，适用于任何缺陷状态的带隙。考虑准费米能级作为化学势，我们证明，增加少数载流子浓度增加典型的补偿中心的形成焓，从而抑制它们的形成。这种效果说明了在名义上未掺杂和extrinsic型掺杂的GaSb的原生GaSb反位受主的具体例子。该模型还预测电离散射中心的浓度减少，以及增加的流动性。虽然我们的治疗是广义的过量载流子注入或产生半导体中的任何手段，我们提供了一套准则，应用的概念，在光辅助物理气相沉积。
2016-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Engineering and probing atomic quantum defects in 2D semiconductors: A perspective
半导体二维过渡金属二硫属化物（transition metal dichalcogenides，TMD）被认为是将微电子学扩展到最终原子水平的关键材料。TMD中强大的量子特性也使新的设备概念成为可能，这些概念有望将量子技术推向低温环境之外。实现这些目标的关键任务能力是减轻偶然的晶格缺陷和确定性地产生所需的缺陷。从这个角度来看，作者回顾了他们最近的一些结果工程和探测原子点缺陷的二维TMD。此外，我们提供了一个在这个快速发展的领域的下一个前沿的个人展望。
2021-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Structural Stability and Defect-Tolerance of Ionic Spinel Semiconductor for High-Efficiency Solar Cells
缺陷容限与结构稳定性之间的不相容性是阻碍高效太阳能电池广泛应用的严重问题。通常，以Si/CdTe晶体为原型的共价/极性半导体由于其复杂的四面体结构单元而表现出很好的结构稳定性，但由于组成元素的相似电负性而表现出极差的缺陷容限。相反，离子半导体，如钙钛矿系列，总是表现出良性的电子性质的本征缺陷，由于阴离子和阳离子之间的电负性的巨大差距，但结构不稳定，因为稀疏组成的八面体构建块由大阳离子支撑。结合共价半导体的稳定骨架和离子化合物的良性缺陷，我们发现HgX_2S_4（X=In，Sc，Y）尖晶石半导体兼具这两种优点。四面体和八面体紧密结合保证了结构的稳定性，而Hg-6s和S-3 p轨道分别主导导带最低（CBM）和价带最高（VBM）的带边离子特征使HgX 2S 4具有缺陷容忍性. Hg-6s球轨道的空间扩展引起的CBM的显著向下弯曲不仅诱导了合适的光学带隙（在离子化合物中通常过大），而且促进了n型载流子的形成和输运。研究表明，Hg基硫属尖晶石是一种很有前途的高效太阳能电池材料，在尖晶石晶体骨架下引入离域轨道的阳离子是合成稳定、耐缺陷光伏材料的另一种途径。
2021-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Mössbauer parameters of Fe-related defects in group-IV semiconductors: first principles calculations
我们采用赝势和全电子密度泛函计算相结合，在穆斯堡尔谱实验中观察到的异构体位移和四极分裂的超晶胞中的缺陷的结构。该方法进行了全面审查，并适用于技术相关的情况下，与铁有关的缺陷在硅，和其他第四组主机在较小的程度。研究的缺陷包括间隙和替代铁，铁硼对，铁空位和铁双空位。我们发现，在一般情况下，计算和穆斯堡尔数据之间的协议是在10%的误差范围内。尽管如此，我们表明，该方法可用于进行准确的分配，包括在略有不同的环境中分离类似缺陷的峰值。
2016-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Identifying defect-tolerant semiconductors with high minority carrier lifetimes: Beyond hybrid lead halide perovskites
甲基铵卤化铅（MAPbX3）钙钛矿的出现促使识别引起异常的体传输性质的独特性质，并识别具有类似性质的未来材料。在这里，我们提出，这种“缺陷容限”出现从基本的电子结构特性，包括轨道特性的传导和价带极值，有效质量，和静态介电常数。我们使用MaterialsProject.org搜索和详细的电子结构计算来证明MAPbX 3以外的其他材料的这些特性。这种材料发现的框架可以更广泛地应用，以加速基于对最近成功的新兴理解的新半导体的发现。
2015-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic point defects and the $n$- and $p$-type dopability of the narrow gap semiconductors GaSb and InSb
窄禁带半导体GaSb和InSb中缺陷的存在影响它们的可掺杂性，从而影响它们在一系列光电应用中的适用性。在这里，我们报告的混合密度泛函理论为基础的计算在两个系统中的本征点缺陷的性质，包括自旋轨道耦合效应，强烈影响其能带结构。与混合DFT方法，我们采用，我们得到了很好的协议，我们计算的能带色散，结构，弹性和振动性质和可用的测量。我们计算在这两个系统中的点缺陷形成能，发现反位无序往往占主导地位，除了在一定条件下，阳离子空位可以形成显着的浓度在GaSb。计算的自洽费米能和平衡载流子和缺陷浓度确认的内在$n$ -和$p$ -型行为的两种材料在阴离子丰富和阴离子贫乏的条件下。此外，通过计算补偿的缺陷浓度，由于电离的施主和受主的存在下，我们解释了所观察到的掺杂的GaSb和InSb。
2019-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle Calculations for Point Defects on Semiconductor Surfaces
讨论了半导体表面点缺陷的准粒子计算方法，并以GaAs（110）表面+1电荷态As空位的电子结构为例进行了从头计算.结构性质用平面波赝势方法计算，准粒子能量由Hedin的GW近似得到。计算结果表明，对Kohn-Sham本征值进行自能修正后，带隙中的1a”空位态从价带顶以上0.06 eV移动到0.65 eV。GW结果与最近的表面光电压成像测量结果非常一致。
2002-09-30 cond-mat.mtrl-sci
PyCDT: A Python toolkit for modeling point defects in semiconductors and insulators
点缺陷对技术应用中使用的半导体和绝缘体材料的性能有很大的影响，从微电子到能量转换和存储。主要缺陷类型的性质、它们如何随加工条件变化以及它们对材料性能的影响是决定材料在特定应用中的性能的核心方面。然而，这些信息很难直接从实验测量中获得。因此，基于电子密度泛函理论（DFT）的计算方法在点缺陷性质的计算中得到了广泛的应用。在这里，我们开发了Python Charged Defect Toolkit（PyCDT），以加快使用广泛使用的DFT软件进行缺陷计算的设置和后处理。PyCDT具有用户友好的命令行界面，并提供与Materials Project数据库的直接接口。这允许为任何感兴趣的材料设置许多带电缺陷计算，以及后处理和应用最先进的静电校正项。我们的论文作为PyCDT的文档，并演示了其在应用程序中的使用，以及研究的GaAs化合物半导体。我们预计，PyCDT代码将是有用的，作为一个框架进行充电点缺陷属性的容易再现的计算，它将提供一个基础，自动化，高通量的计算。
2017-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Metastability and anharmonicity enhance defect-assisted nonradiative recombination in low-symmetry semiconductors
本文以准一维硒化锑中的 V$_{\ m Se}$ 缺陷为基准，揭示低对称性半导体的结构亚稳性和声子非谐性会增强缺陷辅助非辐射复合，使传统缺陷容忍直觉失效。
2023-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Solid state defect emitters with no electrical activity
本文以4H碳化硅中的特定缺陷为例，证明存在一类在基态下具有光学活性但无电学活性的点缺陷，打破了固态缺陷发射体必然改变主体电导率的传统假设。
2023-10-20 cond-mat.mtrl-sci
FaVAD: A software workflow for characterisation and visualizing of defects in crystalline structures
晶体材料中缺陷和缺陷动力学的分析对于基础科学和广泛的应用工程是重要的。随着系统规模的增加，对分子动力学模拟数据的分析变得重要。在这里，我们提出了一个半自动识别和分类晶体结构中的缺陷的工作流程，结合了一种新的方法与几个已经存在的开源软件包的缺陷描述。我们的方法解决了通常相对较小的体积分数的样品，热运动和潜在的不可预见的原子配置（缺陷类型）照射后的存在所带来的关键挑战。任何原子的局部环境被转换成旋转不变的描述向量（“指纹”），其可以与已知的缺陷类型进行比较，并且还产生适合于分类的距离度量。不能与已知结构相关联的矢量指示新类型的缺陷。作为概念验证，我们将我们的方法应用于铁样品上，以分析由10 keV初级撞击原子引起的碰撞级联所引起的缺陷。所得结果与文献报道值吻合良好。
2020-04-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.data-an
A realistic dimension-independent approach for charged defect calculations in semiconductors
带电缺陷的第一性原理计算通过提供对半导体和绝缘体基本物理性质的深入了解，已成为半导体和绝缘体研究的基石。但目前的标准方法，使用所谓的jeldom模型遇到了概念上的模糊性和计算困难，特别是对低维半导体材料。在这篇文章中，我们提出了一个物理的，直接的，和维度无关的通用模型来计算三维（3D）体和低维半导体中带电缺陷的形成能。在该模型中，电离的电子或空穴被放置在真实的宿主带边态而不是虚拟的胶态上，因此，呈现它不仅自然地保持超原胞电荷中性，而且具有明确的物理意义。对于大多数3D半导体材料，该模型具有与传统的jeldom模型相同的精度;对于低维结构，该模型能够消除jeldom模型中引入的人工长程静电能所引起的发散，从而给出了有意义的带电态缺陷的形成能和相应缺陷的跃迁能级.因此，我们的现实方法将对所有低维系统（包括量子点、纳米线、表面、界面和二维材料）中的缺陷物理研究产生重大影响。
2019-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Defect calculations in semiconductors through a dielectric-dependent hybrid DFT functional: the case of oxygen vacancies in metal oxides
我们研究了三种不同的金属氧化物半导体（金红石型和金红石型TiO 2，单斜晶系WO 3，和四斜晶系ZrO 2）中的氧空位的行为，使用最近提出的混合密度泛函方法，其中确切的交换分数是材料依赖的，但在自洽方案中获得从头算。特别是，我们计算相对于氧空位缺陷的电荷跃迁能级，并将计算的光学和热激发/发射能量与现有的实验结果进行比较，从而揭示潜在的激发机制和相关材料特性。我们发现，这种新的方法是能够再现不仅基态性能和能带结构的完美的大块氧化物材料，但也提供了与相应的亚化学计量缺陷系统中观察到的光学和电学行为一致的结果。
2015-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Defect induced rigidity enhancement in layered semiconductors
我们讨论的机制，负责观察到的改善In掺杂的GaSe，一个层状材料的结构特性的巨大电流的兴趣。形成能的计算表明，通过调节费米能级，In可以取代Ga或作为间隙带电缺陷$(\text{In}_{\text{i}}^{\text{3+}})$存在。我们发现，$\text{In}_{\text{i}}^{\text{3+}}$显着地增加了GaSe的剪切刚度，解释了所观察到的In掺杂的p-GaSe的刚度的增强。这里讨论的刚度增强的机制是相当普遍的，适用于一大类层间结合较弱的层状固体。
2009-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Defect Phonon Renormalization during Nonradiative Multiphonon Transitions in Semiconductors
针对等模近似在缺陷载流子俘获速率计算中忽略声子重整化的问题，本文引入 Duschinsky 矩阵和非对角电子-声子耦合贡献，使 GaN 中 $\ ext{C}_\ ext{N}$ 缺陷的计算结果与实验相符。
2025-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Dimensionality-suppressed chemical doping in 2D semiconductors: the cases of phosphorene, MoS2, and ReS2 from first-principles
尽管二维（2D）半导体对于电子学和光电子学具有巨大的吸引力，但是由于大的缺陷电离能（IE），通过化学掺杂来实现所需的电荷载流子浓度仍然是一个挑战。这里通过将缺陷IE分解为中性单电子缺陷能级、结构弛豫能量增益和电子弛豫能量成本，我们提出了一个概念性的图片，即大缺陷IE是由两种降维效应引起的。量子限制效应（QCE）使中性单电子点缺陷能级变深，而屏蔽效应（RE）的降低导致电子弛豫的高能量消耗。作为例子，分别对单层、少层和块状黑磷（BP）、MoS 2和ReS 2在强、中和弱层间相互作用下的第一性原理计算确实证明了总的趋势。基于对缺陷行为的深入了解，可以设想减少缺陷IE和改善载流子掺杂的策略。使用BP单层嵌入到介电连续体中或封装在两个h-BN层之间，作为实际例子，我们证明了增加屏蔽以减少缺陷IE和提高载流子浓度的可行性。我们的分析有望帮助实现有效的载流子掺杂，从而为2D半导体更广泛的应用开辟道路。
2017-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Excited state properties of point defects in semiconductors and insulators investigated with time-dependent density functional theory
本文提出自旋守恒与自旋翻转混合TDDFT公式并实现解析力计算，在GPU和CPU上高效研究金刚石、4H-SiC和MgO中点缺陷的激发态性质，揭示激发态结构弛豫对光学吸收和发射机制的重要性。
2023-12-04 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature deep-level transient spectroscopy system for defect studies in wide-bandgap semiconductors
采用商用瞬态电容光谱法对宽带隙材料中的深缺陷态和杂质进行全面研究是一项挑战，需要非常高的温度。因此，我们研制了一套高温深能级瞬态谱（HT-DLTS）系统，可用于1100 K以下的测量。的温度范围的上限允许深缺陷和陷阱中心的带隙中的研究，比以前报道的任何材料中的DLTS表征更深。通过在300-950 K温度范围内对n型4 H-SiC中已知的本征缺陷进行测量来测试系统的性能。在4 H-SiC肖特基二极管上进行的实验观察与文献结果吻合良好。然而，DLTS测量受到操作和电极质量的限制。
2019-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Investigation of Charge Transfer Between Two Defects in a Wide-Bandgap Semiconductor
半导体体中的电荷陷阱（体电荷陷阱）使得难以预测宽带隙半导体内的电场。问题是体电荷陷阱候选者的数量令人生畏，这意味着体电荷陷阱的处理通常是定性的，或者使用不考虑陷阱的特定电子结构的通用模型。然而，宽带隙半导体内的电场是确定半导体器件的操作和嵌入半导体器件内的固态单光子发射器的性能的关键量。在这项工作中，我们精确地计算了在N $V^-$带电缺陷位置处测量的平均电场，对于常用的氧终止金刚石，N（N $_\text{C}$）浓度为$n_{\text{N}_\text{C}} \approx 1.41\times10^{18}$ cm $^{-3}$（参见[D. A.百老汇$et$ $al$ .，Nature Electronics 1，502（2018）]）。我们实现了这一结果通过评估的领先秩序的贡献，电场远离表面，这来自N $_\text{C}$缺陷，诱导电离的N $V^-$。我们的结果使用密度泛函理论和能带弯曲的原理。我们的工作有可能帮助预测半导体器件的功能，并预测和校正重复光激发测量时经常困扰固态单光子发射器光学频率的光谱扩散。我们的结果涉及热驱动电荷转移的时间尺度也有可能帮助调查的电荷动力学。
2023-03-15 cond-mat.mtrl-sci
A Unified Theory and Fundamental Rules of Strain-dependent Doping Behaviors in Semiconductors
通过应变工程增强半导体的掺杂性对于改善其功能至关重要，然而，由于缺乏基本规则，这在很大程度上受到阻碍。在这封信中，我们第一次开发了一个统一的理论来理解应变下具有不同电荷状态的缺陷（或掺杂剂）的总能量变化，这些变化可以表现出抛物线或超线性行为，由缺陷引起的局部体积变化（ΔV）的大小决定。一般来说，当电子被添加到缺陷位置（从缺陷位置移除）时，ΔV增加（减少）。因此，根据这个统一的理论，可以得到三个基本规则，以进一步理解或预测不同的应变相关掺杂行为，即，半导体中的缺陷形成能、电荷态跃迁能级和费米钉扎能级。这三个基本规则可以普遍应用于改善掺杂性能或克服各种半导体中的掺杂瓶颈。
2021-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Effects of structural distortion on electronic and optical properties of defect CdGa_2X_4 (X = S, Se, Te) Chalcopyrite Semiconductor
我们观察到结构畸变对CdGa_2X_4（X = S，Se，Te）缺陷黄铜矿的电子和光学性质的显著影响。计算是在基于密度泛函理论的紧束缚线性Muffin tin轨道（TB-LMTO）方法中进行的。CdGa_2X_4的结构参数和禁带宽度在LDA范围内与实验值符合得很好。结构畸变引起的禁带宽度变化分别为3.63%、4.0%和8.8%。我们观察到显着的光学性质的变化，也由于这种效果。对光学性质的影响主要来自光学矩阵元。这些响应函数的结果与实验值吻合得很好。
2015-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Carrier mobility modeling in highly inhomogeneous semiconductors
采用蒙特卡罗方法对大尺度不同形状和取向缺陷对载流子散射的影响进行了理论分析，并与实验测量结果进行了比较。结果表明，大尺度缺陷是如何屏蔽与自由载流子的相互作用的。量子和经典的传输制度进行了比较。
2015-07-21 cond-mat.mtrl-sci
A Defective Graphene Phase Predicted to be a Room Temperature Ferromagnetic Semiconductor
理论计算，基于混合交换密度泛函理论，被用来表明，在石墨烯的周期性阵列的缺陷产生铁磁基态在室温下意外大的缺陷分离。这是证明的缺陷，包括一个碳空位，其中两个悬挂键饱和与H原子。的磁耦合机制进行了分析，发现是由于在$π$电子系统相对于一个远程自旋极化的不稳定性，其特征在于在相邻的碳原子之间的自旋方向交替。$π$键的破坏在费米边缘打开了一个半导体间隙。能隙的大小和磁耦合强度是缺陷分离的强函数，因此可以通过改变缺陷浓度来控制。半导体的能隙和电子有效质量的位置是强烈的自旋依赖性，这是预期的结果在自旋不对称的输运性质的系统。因此，有缺陷的石墨烯片是一种非常有前途的材料，具有用于定制未来自旋电子器件特性的内置机制。
2008-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Air passivation of chalcogen vacancies in two-dimensional semiconductors
缺陷在半导体中起着重要的作用。与块状SC中的缺陷不同，二维（2D）SC中的缺陷暴露于周围环境，这可能潜在地改变它们的性质/功能。空气是一种常见的环境，但其对2D SC中的缺陷的影响仍然是难以捉摸的。在这项工作中，我们解开空气和硫属元素空位（VX）-在二维SC中最典型的缺陷之间的相互作用。我们发现，虽然大多数分子在空气中的相互作用是弱的，O2可以在VX与SC的内聚能相关的障碍，可以克服，即使在室温下某些SC化学吸附。重要的是，化学吸附的O2将VX从通常认为有害的载流子陷阱改变为电子良性位点。这种不寻常的行为源于与金属键合时O2和X之间的等价。基于这些发现，我们提出了一种简单的方法来提高性能的二维SC使用空气钝化的缺陷。
2015-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Beyond Point-like Defects in Bulk Semiconductors: Junction Spectroscopy Techniques for Perovskite Solar Cells and 2D Materials
Ruđer Bošković Institute（鲁德·博什科维奇研究所）
本文综述了结光谱技术在钙钛矿太阳能电池和二维材料中的应用，探讨其原理、能力和局限性，推动新一代半导体材料发展。
2026-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Local doping of an oxide semiconductor by voltage-driven splitting of anti-Frenkel defects
本研究通过施加直流电压驱动反弗伦克尔缺陷分裂，在Er(Mn,Ti)O₃中实现局部受主和施主掺杂，形成稳定纳米级p型和n型区域，为氧化物半导体的纳米尺度临时功能化及相关电子学领域发展提供新途径。
2025-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Stability and electronic properties of planar defects in quaternary I2-II-IV-VI4 semiconductors
扩展的缺陷，如堆垛层错和反位畴边界可以扰乱Cu $_2$ ZnS $_4$和Cu $_2$ ZnSnSe $_4$中的能带边缘，分别充当弱电子势垒或电子捕获源。为了找到抑制平面缺陷形成的方法，我们研究了化学取代对本征层错和亚稳多型稳定性的影响，并分析了它们的电学性质。Ag取代Cu使堆垛层错不太稳定，而其他取代（Cd和Ge）促进它们的形成。Ge掺杂对本征层错电子势垒没有影响，Cd掺杂降低了势垒能，Ag掺杂使层错电子俘获。虽然镉取代稳定的亚锡结构，化学取代使连续混合的CuAu（PMCA）结构不太稳定的基态锌黄锡矿结构。
2018-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Electrical Characterisation of Ultra-thin SAM Structures
金属氧化物半导体（MOS）结构的还原方法将达到极限，必须探索新的器件作为MOS技术的替代品。分子电子，更具体地说，自组装分子技术在硅衬底上给出了有趣的结果，如在文献中看到的。我们将研究n-烷基三氯硅烷在氧化硅上的接枝，用椭偏仪和测角仪进行宏观测量，用原子力显微镜进行微观测量。一旦单层的均匀性得到验证（粗糙度为几埃），我们已经测试了溅射法沉积，以在表面上形成铝点。还测试了金属-绝缘体-半导体二极管，测量栅极和衬底之间的漏电流和电容-电压。为了降低栅极漏电流，可以改进溅射法沉积，并且我们想测试另一种蒸发方法。进一步的应用，我们想研究的是使用共轭有机薄膜或合成聚合物的气体传感器，并关注与气体吸收的漂移电流。
2007-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms for p-type behavior of ZnO, Zn$_{1-x}$Mg$_x$O and related oxide semiconductors
研究了将本征n型氧化物半导体如ZnO和Zn $_{1-x}$ Mg $_x$ O转变为p型材料的可能性。受最近实验的启发，我们用自相互作用校正的密度泛函理论计算分析了ZnO和Zn $_{1-x}$ Mg $_x$ O中点缺陷N $_{\rm O}$，v $_{\rm Zn}$和N $_{\rm O}$ -v $_{\rm Zn}$对的电子缺陷能级。我们展示了缺陷的相互作用如何导致浅的受主缺陷能级，尽管单个点缺陷N $_{\rm O}$的能级在带隙中太深而不能负责p型导电。我们将我们的研究结果与p型导电路径中看到的多晶ZnO的晶界和发展的p型机制，这是共同的ZnO，Zn $_{1-x}$ Mg $_x$ O，和相关材料的理解。
2017-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Effect of structural distortion and nature of bonding on the electronic properties of defect and Li doped CulnSe2Chalcopyrite Semiconductors
本文报道了黄铜矿半导体CuInSe 2、CuIn 2Se 4和Cu0.5Li0.5InSe2的结构和电子性质。我们的计算是基于紧束缚线性松饼-锡轨道（TB-LMTO）中的密度泛函理论。计算的晶格常数、阴离子位移（u）、四角畸变（η = c/2a）和键长与实验值符合得很好。结果表明，这些化合物是直接带隙半导体。在LDA的限制范围内，我们计算的CuInSe_2和Cu_（0.5）Li_（0.5）InSe_2的带隙分别为0.79eV和1.08eV，与实验值符合得很好。CuIn_2Se_4的带隙为1.50 eV。由于p-d杂化，CuInSe 2、CuIn 2Se 4和Cu0.5Li0.5InSe2的带隙分别减小了59.57%、23.61%和48.82%;由于结构畸变，CuInSe 2、CuIn 2Se 4和Cu0.5Li0.5InSe2的带隙分别减小了16.85%、9.10%和0.92%。我们还讨论了键的性质对所有三个化合物的电子性质的影响。
2011-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Unusual Formation of Point Defect Complexes in the Ultra-wide Band Gap Semiconductor beta-Ga2O3
要了解超宽带隙半导体的独特性质，需要详细了解点缺陷的确切性质及其在确定性质中的作用。在这里，我们报告的第一个直接显微镜观察的不寻常的形成点缺陷复合物的原子尺度结构的β-Ga 2 O3使用高分辨率扫描透射电子显微镜（STEM）。每个复合物涉及一个阳离子间隙原子与两个阳离子空位配对。这些双空位-间隙复合物与通过密度泛函理论获得的结构直接相关，该理论预测它们是β-Ga 2 O 3中的补偿受体。通过STEM数据和深能级光谱结果之间的比较证实了这一预测，这表明这些复合物对应于带隙内的深陷阱，并且通过空位浓度的增加通过Sn掺杂促进了复合物的发展。这些发现为这种新兴材料对杂质的独特反应提供了新的见解，这些杂质可以严重影响其特性。
2019-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Correlated defects, metal-insulator transition, and magnetic order in ferromagnetic semiconductors
从理论上研究了无序对铁磁III-V族半导体，特别是（Ga，Mn）As中输运和磁化强度的影响。我们表明，库仑引起的缺陷位置的相关性是至关重要的这些高度补偿材料的运输和磁性。我们采用蒙特卡罗模拟来获得相关的缺陷分布。精确对角化给出了合理的结果的价带空穴的光谱和金属-绝缘体的过渡，只有相关的障碍。最后，我们表明，平均场磁化强度也依赖于关键的缺陷相关性。
2002-09-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic study of native defects in the semiconductor to metal phase transition in V2O5 nanostructure
钒是一种具有多种氧化态的过渡金属，V2 O 5是其中最稳定的形式。除了催化、化学传感和光致变色应用之外，V2 O 5还被报道在530- 560 K的温度范围内表现出半导体到金属的转变（SMT）。尽管在使用术语“SMT”表示V2 O 5时存在争议，但在转变温度以上的金属行为及其起源在科学界引起了极大的兴趣。本研究以Au为催化剂，采用气相传输法在SiO2/Si衬底上沉积了V2 O 5纳米结构。温度相关的电测量证实了V2 O 5中的SMT没有任何结构变化。温度依赖的光致发光分析证明了由于V2 O 5在转变温度以上的还原而出现的氧空位相关峰，这也是从温度依赖的拉曼光谱研究中推断的。随着温度的升高，V2 O 5电子结构中新演化的缺陷能级也可以从底部最分裂的导带的向下移动中理解，导带的向下移动是由于Pdπ键的断裂导致V2 O 5在转变温度以上的金属行为。
2018-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative Modeling of Point Defects in $β$-Ga2O3 Combining Hybrid Functional Energetics with Semiconductor and Processes Thermodynamics
本研究针对β-Ga₂O₃功率电子应用中的缺陷调控需求，开发KROGER框架结合杂化泛函DFT与热力学效应开展点缺陷定量建模，复现实验现象且方法可推广至其他材料，为工艺优化提供支撑。
2025-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Sequential Quenching to Predict Semiconductor Defect Concentrations from Formation & Migration Energies: The Case of CdTe:As Doping
University of Utah（犹他大学）；University of Delaware（特拉华大学）
本文提出顺序淬火方法，通过缺陷形成与迁移能量建模缺陷浓度，揭示冷却速率对CdTe:As掺杂中缺陷行为的影响，展示该方法在预测掺杂激活中的有效性。
2026-03-15 cond-mat.mtrl-sci
A proposed new route to d0 magnetism in semiconductors
在这里，我们建议诱导磁性半导体利用的间隙缺陷的独特性能，作为磁性杂质内的α-PbO晶体结构。Pbi间隙产生的p-本地化的状态与两个现场电子遵守洪德规则为他们的排序。结果表明，用s^2p^{x}外层结构的非磁性杂质代替Pb间隙原子，可以诱导d 0磁性，并通过改变电子数1< x< 3，可以调节局部磁矩μ B.发现这种缺陷之间的磁耦合是由长程序相互作用驱动的，该相互作用与高缺陷溶解度相结合，保证了磁渗流保持在室温以上。
2013-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Chemical trends of deep levels in van der Waals semiconductors
半导体的性质主要由包括原生缺陷的晶体缺陷限定。范德瓦尔斯（vdW）半导体是一种新兴的材料，也不例外：即使在最纯净的材料中也存在缺陷，并强烈影响其电学，光学，磁性，催化和传感特性。然而，不像传统的半导体，其中缺陷的能级有据可查，它们是实验未知的，即使是最好的研究vdW半导体，阻碍了这些材料的理解和利用。在这里，我们直接评估深能级和它们的化学趋势的带隙的MoS2，WS2和它们的合金的瞬态光谱研究。深能级之一被发现遵循每个主机的导带最小值，归因于原生硫空位。一个可切换的DX中心状深能级也被确定，其能量在不同宿主之间的固定能级上排列，解释了400 K以上的持久光电导性。
2020-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Carrier Emission and Capture Competition mediated A(n)BC Recombination Model in Semiconductors with Multi-Level Defects
本研究针对多能级缺陷半导体载流子复合问题，揭示载流子俘获与发射竞争导致复合速率与过剩载流子密度非线性相关，提出A(n)BC模型并验证忽略发射会引发8个数量级以上的速率低估。
2025-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Theory of inelastic multiphonon scattering and carrier capture by defects in semiconductors. Application to capture cross sections
非弹性散射和半导体缺陷俘获载流子是热电子介导功率器件退化的主要原因，阻碍了功率器件的商业化发展。同时，载流子捕获是太阳能电池和发光二极管性能的主要问题。然而，缺陷的非辐射非弹性散射理论是不存在的，而缺陷俘获载流子的理论有着漫长而艰难的历史。在这里，我们报告的建设一个全面的非弹性散射理论的缺陷，载流子捕获是一个特殊的情况。我们区分在热平衡条件下的捕获和在非平衡条件下的捕获，例如，在热平衡的情况下，俘获由一个非绝热扰动哈密顿量介导，这个哈密顿量最初由Huang和Rhys以及Kubo确定，它等于线性电子-声子耦合到一阶。在非平衡的情况下，我们表明，主要的捕获机制是在Born-Oppenheimer近似，耦合到缺陷电位诱导Franck-Condon电子跃迁，其次是多声子耗散的过渡能量，而非绝热项是次要的。我们报告的密度泛函理论计算的捕获截面的原型缺陷使用投影仪增强波，使我们能够采用全电子波函数。我们采用蒙特卡罗方法对多声子组态进行了抽样，得到了收敛的结果。理论和结果代表了一个基础，在此基础上建立工程级模型的热电子退化的功率器件和太阳能电池和发光二极管的性能。
2015-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Deep-blue light emitting diode based on defect variations of a 2D hybrid organic-inorganic low dimensional perovskite semiconductor
2D杂化有机-无机半导体（HOIS）是低成本的自组装半导体，由于其固有的稳定激子，即使在室温下也被证明对于新型光电子器件至关重要。2D HOIS相对于3D类似物是化学稳定的，但其固有的各向异性使其在器件（包括电致发光（EL）器件）中的实现复杂化。我们报告的合成，表征，阴极发光和EL的一个新的二维HOIS，（4-氟苯乙胺-H）2 PbBr 4，和它的缺陷变化（DVs）。后者，与原始材料相比，允许第一次通过在导电阳极基板上涂覆DV并使用Ga/In液滴阴极来简单制造原型蓝色EL器件。DV的优化可以导致改进的发光器件（LED），并且这里的工作预计将为利用HOIS DV提供激励，因为这些DV与工业规模合成兼容。与其薄膜容易提供EL的原始碘类似物相反，在仔细沉积后，只有DV或与MoS 2纳米尺寸片晶的混合物提供EL。这些表现出破坏微米级2D HOIS片晶的平面非导电性质的缺陷，通常平行于基板排列，从而提供电流流动的机制。最后，与使用未改性的胺相比，由于胺尾部之间的排斥，氟改性的胺的选择增强了DV作为LED材料的功能性，从而导致弱结合的稳定的装饰的2D无机片材。
2018-03-02 cond-mat.mtrl-sci
