Active nitrogen flux measurement during GaN growth based on the transmitted signal detected with a pyrometer
本文提出一种在分子束外延环境中测量活性氮物种通量的新方法，通过高温计分析两步生长模式下的光信号变化，实现对活性物种通量随氮气流量和 RF 功率变化的精确、定量和直接测量。
2024-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Nitrogen investigation by SIMS in two wide band-gap semiconductors: Diamond and Silicon Carbide
金刚石和碳化硅（SiC）是用于电力电子的有前途的宽带隙半导体，SiC特别是在大晶片尺寸（最近已经达到200 mm）方面更加成熟。氮杂质通常用于这两种材料中用于不同的目的：增加金刚石生长速率或在SiC中诱导n型导电性。通过二次离子质谱法（SIMS）测定氮含量是一项困难的任务，这主要是因为氮是一种大气元素，对于该元素，N $^\pm$离子的直接监测没有给出或给出微弱的信号。在我们的标准金刚石SIMS条件下，我们通过应用高质量分辨率设置来研究铯初级离子下的12 C14 N-次级离子。然后，在合理的时间分析持续时间内，金刚石和SiC（多）层的氮深度分布可以超过几微米厚。在一个简单的方式，没有显着修改我们通常的分析过程中，我们发现了氮的检测极限为$2\times 10^{17}$在/cm $^3$在金刚石和$5\times10^{15}$在/cm $^3$在碳化硅。
2021-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Geometrically-Controlled Microscale Patterning and Epitaxial Lateral Overgrowth of Nitrogen-Polar GaN
提出一种结合 KOH 各向异性湿法刻蚀几何图形化与保向外延再生长的两步法，实现氮极性 GaN 平滑合并并降低穿位错密度。
2024-02-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Local formation of nitrogen-vacancy centers in diamond by swift heavy ions
我们将注入氮的金刚石暴露于快速铀和金离子束（~1 GeV），发现这些辐照直接导致氮空位（NV）中心的形成，而无需热退火。我们比较了快速重离子激活的NV-中心的光致发光强度与低能量电子照射和热退火形成的。用快重离子辐照的NV-产额是低能电子产额的0.1和热退火产额的0.02。我们讨论了快速重离子形成NV心的可能机制，如电子激发和热尖峰。虽然以低效率形成NV中心，但快速重离子使得能够在数十微米的相对大的距离上形成三维NV组装体。此外，我们的研究结果表明，NV中心的形成是一个本地探针的（部分）晶格损伤弛豫诱导的电子激发从快速重离子在金刚石。
2014-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Using neural network potential to study point defect properties in multiple charge states of GaN with nitrogen vacancy
研究带电缺陷对了解半导体的性质是必要的。虽然密度泛函理论计算可以精确地描述相关的物理量，但这些计算实质上增加了计算负荷，这常常限制了该方法在大规模系统中的应用。在本研究中，我们提出了一个新的神经网络势（NNP）方案来分析多电荷态下的点缺陷行为。所提出的方案只需要对传统方案进行最小的修改。我们证明了所提出的NNP的预测性能，使用纤锌矿-GaN与氮空位的电荷状态为0，1+，2+，和3+。所提出的方案准确地训练了所有电荷态的总能量和原子力。此外，它还较好地再现了缺陷结构的声子能带结构和热力学性质。基于本研究的结果，我们期望所提出的方案可以使我们能够研究更复杂的缺陷系统，并导致新的半导体应用的突破。
2022-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Direct formation of nitrogen-vacancy centers in nitrogen doped diamond along the trajectories of swift heavy ions
本文报道了用深度分辨光致发光法测量了在生长过程中掺氮100 ppm的Ib型合成单晶金刚石中沿快重离子（SHIs）径迹形成的氮空位（NV $^-$）中心。光谱分析表明，NV $^-$中心优先形成的区域内，其中电子停止过程占主导地位，而不是在离子范围的末端，其中弹性碰撞导致形成的空位和缺陷。热退火进一步增加NV收益率照射后，优先在高空位密度的区域与SHI。沿着单个快速重离子的轨道形成的NV中心可以用提升技术分离，用于在准一维寄存器中探索色心量子位，其平均量子位间距为几纳米，沿着10至30微米长的渗滤链每微米约100个色心。
2021-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph quant-ph
Quantum effects in surface diffusion: application to diffusion of nitrogen adatoms over GaN(0001) surface
本研究揭示量子效应通过量子态能量变化与电子重分布决定氮吸附原子在GaN(0001)表面的扩散，经DFT计算验证不同镓覆盖度下的势垒变化，为富镓GaN生长机制提供依据。
2025-02-21 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles study of carbon-related energy levels in GaN. Part I - complexes formed by substitutional/interstitial carbons and gallium/nitrogen vacancies
采用Heyd-Scuseria-Ernzerhof杂化泛函在密度泛函理论的框架内的第一性原理计算GAN中的各种形式的碳基复合物进行了研究。我们考虑由单一杂质的组合制成的碳络合物，即$\mathrm{C_N-C_{Ga}}$、$\mathrm{C_I-C_N}$和$\mathrm{C_I-C_{Ga}}$，其中$\mathrm{C_N}$、$\mathrm{C_{Ga}}$和$\mathrm{C_I}$分别表示C取代氮、C取代镓和间隙C，以及相邻镓/氮空位（$\mathrm{V_{Ga}}$ / $\mathrm{V_N}$）的组合，即$\mathrm{C_N-V_{Ga}}$和$\mathrm{C_{Ga}-V_N}$。在对所有这些构型进行几何优化后，计算了它们在不同电荷状态下的形成能。从我们计算的形成能，热力学过渡水平进行评估，这是相关的实验技术，如深能级瞬态光谱中观察到的热激活能。此外，晶格弛豫能（Franck-Condon位移）的计算，以获得光学激活能，这是观察到的实验技术，如深能级光谱。我们比较我们的计算值的活化能与实验观察到的C-相关的陷阱能级的能量，并确定这些陷阱，这是未知的物理起源。
2017-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Ferromagnetism in nitrogen embedded ZnO:N thin films
用脉冲激光沉积法制备的氮嵌入ZnO：N薄膜具有明显的铁磁性。通过二次离子显微光谱和拉曼光谱实验证实了ZnO中含有氮离子，并且这些氮离子可以被认为是ZnO中的缺陷。根据实验结果，提出了一种基于Zn的完全填充d轨道中的一个电子的机制，该机制补偿了氮离子的悬挂键，并导致Zn轨道中的净自旋为1/2。这些半自旋与被缺陷捕获以形成铁磁性的局部电子强烈相关。最后，氮嵌入ZnO：N薄膜的磁性可以用束缚磁极化子模型来描述。
2007-08-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Blue shift of yellow luminescence band in self-ion-implanted n-GaN nanowire
光学光致发光的研究进行自离子（Ga+）注入名义掺杂的n-GaN纳米线。辐照过程中使用了能量为50 keV的Ga+聚焦离子束（FIB），注量范围为1 × 1014 - 2 × 10^16离子cm ^-2。随着能量密度的增加，观察到黄色发光（YL）带的蓝移。施主-受主对（DAP）模型的发射涉及浅施主引入的点缺陷团簇相关的氮空位和可能的深受主镓间隙团簇创建负责的移位。氮气氛中的高温退火通过去除氮空位来恢复YL带的峰位。
2004-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Strain Sensitivity in the Nitrogen 1s NEXAFS Spectra of Gallium Nitride
氮化镓（GAN）的氮1s近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）显示出由其各向异性纤锌矿结构引起的强的天然线性二向色性。外延生长GAN薄膜中的晶格应变引起额外的光谱变化。这种变化与某些光谱特征的应变程度成正比。这种应变的变化与密度泛函理论计算的帮助下解释。
2014-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Excitation efficiency and limitations of the luminescence of Eu3+ ions in GaN
研究了三价Eu 3+离子掺杂氮化镓（GAN）在光激发和电激发下的激发效率和外发光量子效率。对于小的泵注量，它被发现，Eu3+离子的激发是有限的，由一个有效的载流子陷阱，竞争从主机材料的能量转移。对于大的泵浦能量密度，有限数量的高效率Eu 3+位点，以及大多数Eu 3+位点的小激发截面，限制了量子效率。在最佳激发条件下，在低温下，外发光量子效率达到46%的值。这些结果显示了这种材料作为高效发光体的高潜力，并证明了激发条件对光输出效率的重要性。
2019-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Element- and charge-state-resolved ion energies in the cathodic arc plasma from composite AlCr cathodes in argon, nitrogen and oxygen atmospheres
在不同的阴极成分和气体气氛下，测量了使用复合AlCr阴极的阴极电弧等离子体中离子的能量分布函数，作为背景气体压力在0.5至3.5 Pa范围内的函数。最丰富的铝离子是Al $^{+}$，而Cr $^{2+}$离子在Ar和N $_2$和Cr $^{+}$在O $_2$气氛中占主导地位。铝和铬离子的能量分布通常由高能量部分组成，这是由于来自阴极点的膨胀等离子体羽流的加速和在等离子体云中受到碰撞的热化离子。后者的分数随着背景气体压力的增加而增加。原子态氮离子和氧离子显示出与铝离子和铬离子类似的能量分布，而氩离子和分子态氮离子和氧离子在离阴极点更远的地方形成，因此较少受到加速梯度的影响。在O $_2$气氛中，除了带正电荷的金属离子和气体离子外，还观察到带负电荷的氧和含氧离子。所获得的结果是为了提供一个全面的概述的离子能量和电荷状态的电弧等离子体中的AlCr复合阴极在不同的气体气氛，因为这样的等离子体经常被用来沉积薄膜和涂层。
2015-03-24 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Electronic states of Mn4+ ions in p-type GaN
用光致发光（PL）和光致发光激发（PLE）光谱研究了p型GAN中锰的电子态。在共掺杂GAN中观察到一系列1.0eV的尖锐PL谱线，并将其归因于Mn ~（4+）的d壳层内4T_2（F）-4T_1（F）跃迁。Mn ~（4+）[4 T2（F）-4T1（F）]发光的PLE谱揭示了通过Mn ~（4+）离子的激发态的中心内激发过程。在1.79和2.33 eV处观察到的PLE峰分别归因于Mn 4+的d-壳层内4 T1（P）-4T1（F）和4A 2（F）-4T1（F）跃迁。除了壳层内激发过程外，还观察到了一个涉及Mn ~（4+）/~（3+）深能级电荷转移跃迁的宽PLE带，这可以用Lucovsky模型很好地描述。如从该PLE带的开始所确定的，Mn 4 +/3+深能级的位置在价带最大值以上1.11 eV，这与使用从头计算的先前理论一致。我们的工作表明，当费米能级低于价带最大值以上1.11 eV时，p型GAN：Mn中Mn离子的主要氧化态为4+。
2004-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulations of the implantation of low energy boron and nitrogen ions into graphene
结合经典的分子动力学模拟和密度泛函理论总能量计算，研究了低能离子辐照下B/N原子掺杂石墨烯的可能性。我们的模拟表明，最佳的辐照能量为50 eV，N的取代概率为55%，B的取代概率为40%。我们进一步估计了在B/N离子辐照下出现不同缺陷组态的概率。我们分析了负责缺陷生产的过程，并报告了一个有效的快速的化学溅射机制，N照射在低能量（~125 eV），导致生产的单空位。我们的研究结果表明，离子辐照是一种很有前途的方法，用于创建混合C-B/N结构的未来应用领域的纳米电子学。
2011-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Dynamical screening effects on formation of swift heavy ions damage in GaN
P.N. Lebedev Institute of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所）；Flerov Laboratory of Nuclear Research, Joint Institute for Nuclear Research（俄罗斯联合核研究所弗廖罗夫核研究实验室）；The Institute of Nuclear Physics（核物理研究所）
本研究通过多尺度模型结合动态屏蔽与Tersoff-Brenner势能，揭示了快速重离子在GaN中形成非晶核心及晶体损伤的机制。
2026-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Optical investigation of electronic states of Mn4+ ions in p-type GaN
用光致发光（PL）和光致发光激发（PLE）光谱研究了p型GAN中锰的电子态。在共掺杂GAN中观察到一系列1.0eV的尖锐PL谱线，并将其归因于Mn ~（4+）的d壳层内4T_2（F）-4T_1（F）跃迁。Mn ~（4+）[4 T2（F）-4T1（F）]发光的PLE谱揭示了通过Mn ~（4+）离子的激发态的中心内激发过程。在1.79和2.33 eV处观察到的PLE峰分别归因于Mn 4+的d-壳层内4 T1（P）-4T1（F）和4A 2（F）-4T1（F）跃迁。除了壳层内激发过程外，还观察到一个涉及Mn ~（4+）/~（3+）深能级电荷转移跃迁的宽的PLE带，这可以用Lucovsky模型很好地描述。如从该PLE带的开始所确定的，Mn 4 +/3+深能级的位置在价带最大值以上1.11 eV，这与使用从头计算的先前理论一致。我们的工作表明，当费米能级低于价带最大值以上1.11 eV时，p型GAN：Mn中Mn离子的主要氧化态为4+。
2004-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of Mn4+ ions in GaN:Mn codoped with Mg acceptors
研究了Mn-Mg共掺杂外延GaN的光学性质。Mg受体的加入使GaN：Mn中1.3 eV处的弱锰相关光致发光（PL）带猝灭，在共掺杂外延层中观察到1 eV处的一系列尖锐PL峰。PL光谱的变化表明，Mg的加入通过降低费米能级稳定了Mn 4+的电荷态。1 eV的PL峰暂时归因于涉及Mn 4+离子的中心内跃迁。研究了自旋允许的3d壳层4T2 - 4T1跃迁及其声子副本。尖锐峰的相对强度强烈地依赖于激发波长，表明在单独的峰中涉及的光学活性Mn 4+中心是不同的。PL光谱的温度依赖性表明存在至少三个不同的Mn 4+络合物中心。
2004-05-05 cond-mat.mtrl-sci
Binding Energies of Charged Particles on Dielectric Surfaces in Liquid Nitrogen
Texas Instruments（德州仪器）；Department of Physics and Astronomy, University of Kentucky（肯塔基大学物理与天文系）
本文提出了一种新方法，用于测量液氮中电介质表面带电粒子的结合能，结果显示结合能低于1毫电子伏特。
2026-01-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Miscut dependent surface evolution in the process of N-polar GaN$(000\bar 1)$ growth under N-rich condition
采用动力学Monte Carlo（kMC）模拟方法，研究了N极性（000-1）GAN在富N条件下生长过程中，衬底错切2deg和4deg时表面形貌的演变。实验观察到的（000-1）GAN层生长的等离子体辅助分子束外延的表面形貌的结果进行了比较。所提出的GAN（000-1）表面的kMC双组分模型，其中两种类型的原子：氮和镓附着在表面上并独立扩散，这解释了在相对高的阶跃流动速率下，（错切角<2deg）镓原子的低扩散引起表面不稳定性，并导致实验观察到的粗糙化，而对于低速率的台阶流（错切4deg），可以获得光滑的表面。在富氮条件下，在几乎不动的氮原子的存在下，通过二维岛形核和聚结过程实现生长。此外，我们还发现，较高的晶体错切率、较低的晶体生长速率或较高的生长温度都能产生类似的表面光滑化效果。我们表明，表面也平滑的生长条件非常高的N-过剩。大量氮原子的存在改变了镓原子的局部迁移率，从而使分离的岛更容易合并。
2015-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Crystal field model simulations of magnetic response of pairs, triplets and quartets of Mn$^{3+}$ ions in GaN
在一系列的\textit{ab initio}和紧束缚计算中，对稀磁半导体Ga $_{1-x}$ Mn $_x$ N的局域Mn自旋之间的铁磁耦合进行了预测和实验验证.在限制的小锰浓度，$x \lesssim 0.01$，这种材料的顺磁性能成功地描述了使用单离子晶体场模型的方法。为了获得在（Ga，Mn）N中的磁化强度的相互作用的磁中心的存在下，我们扩展了以前的模型的一个单一的替代Mn $^{3+}$离子在GAN中考虑对，三重态和四重态的Mn $^{3+}$离子耦合的铁磁超交换相互作用。使用这种方法，我们调查的磁性，特别是单轴各向异性场的大小，作为在一个给定的集群中的磁性Mn $^{3+}$离子的数量从1增加到4的变化。我们的模拟，然后利用在解释实验磁性的Ga $_{1-x}$锰$_x$ N与$x \cong 0.03$，其中存在的小磁簇增益的意义。结果，分别建立了GAN中Mn $^{3+}$离子之间的交换耦合值的近似下限和上限，所述Mn $^{3+}$离子分别位于最近邻$J_{\mathrm{nn}}$和次最近邻$J_{\mathrm{nnn}}$位置。
2020-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence quantum efficiency of Er optical centers in GaN epilayers
本文报道了用金属有机化学气相沉积法制备的GAN外延层中Er光心的光致发光过程的量子效率以及热猝灭机制。利用高分辨红外光谱和温度依赖性测量了共振激发下GAN中Er离子的光致发光强度。数据提供了热淬火过程和激活能级的图片。通过比较Er离子在外延层中的光致发光与掺Er的SiO2的参考样品，我们发现，Er离子的分数，发射光子在1.54微米的共振光激发后，约为68%。这一结果在实现GAN：Er外延层作为1.54微米的光增益介质方面迈出了重要的一步。
2016-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Self-compensation due to point defects in Mg-doped GaN
利用混合密度泛函理论，我们解决了点缺陷容易引起的电荷补偿Mg掺杂的GaN。我们确定的自由能形成的氮空位和几个镁相关的缺陷。熵的贡献作为温度的函数内确定的准谐波近似。我们发现，Mg间隙显示出一个显着较低的自由能的形成比Mg替代Ga在p型条件。因此，Mg杂质是两性的，当取代Ga时表现得像受体，当容纳在间隙位置时表现得像双施主。混合功能的结果，然后连接到实验观察，通过求解电荷中性方程的半导体占主导地位的杂质。我们发现，热力学平衡模型是无法解释的实验空穴浓度作为Mg掺杂密度的函数，由于氮空位和Mg的晶体作为补偿捐助者。为了解释实验结果，其中包括在高镁密度的空穴浓度的下降，我们因此诉诸非平衡模型。我们发现，无论是氮空位或镁晶体可能是在起源的自补偿机制。然而，只有基于间隙Mg供体的模型提供了一种自然的机制来解释突然出现的自补偿。事实上，Mg杂质的两性性质导致费米能级钉扎，并解释了在高Mg掺杂下观察到的GaN样品的空穴浓度的下降。我们的工作表明，在p型掺杂的GaN的电流限制可以克服在生长过程中的额外控制费米能。
2016-07-28 cond-mat.mtrl-sci
The Nitrogen concentration effect on Ce doped SiOxNy emission: towards optimized Ce3+ for DEL applications
采用磁控反应溅射法，在氮气保护下，以CeO 2为靶材，制备了Ce掺杂的SiOxNy薄膜。关于氮气流的可见光致发光测量揭示了一个大的发射带中心在450 nm的样品下沉积的2 sccm流量。特别注意的是这样的排放在高氮浓度的起源。Ce掺杂SiOxNy薄膜中存在不同的发光中心（如带尾、CeO 2、Ce团簇、Ce 3+离子），并有不同的激活机制来解释其发光。X-射线光电子能谱学（XPS）揭示了Ce 3+离子的排他性存在，无论氮或Ce浓度如何，而透射电子显微镜（TEM）显示高温退火后没有团簇或硅酸盐。借助于光致发光激发光谱（PLE），揭示了Ce 3+离子在250 ~ 400 nm的宽激发范围内的直接或间接激发机制。氮浓度通过改变Ce的环境，减少SiOxNy中Si相的体积，产生云拉效应，对Ce 3+的发光起重要作用。考虑到优化的氮生长参数，Ce浓度作为新的参数进行了分析。在紫外光激发下，Ce 3+浓度为6at. %).没有观察到光致发光强度的饱和，再次证实由于氮的存在而没有Ce簇或硅酸盐相形成。
2018-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Depth profile high-energy spectroscopic study of Mn-doped GaN prepared by thermal diffusion
我们已经进行了$in$ - $situ$的深度分布研究Mn掺杂GAN的低温热扩散方法，使用光电子能谱和X射线吸收光谱。芯层光电子能谱测量结果表明，Mn离子扩散到GAN衬底的较深区域（$\sim$ 70 nm），共振光电子能谱测量得到的Mn 3 $d$分态密度的线形与分子束外延生长的Ga $_{1-x}$ Mn $_x$ N薄膜的线形接近.从X射线吸收光谱（XAS）和X射线磁性圆二色性（XMCD）测量在Mn $L$ -边缘，它被揭示，掺杂的Mn离子是在二价Mn $^{2+}$状态和主要顺磁性。在磁化测量中，在使用$p$型GAN衬底制备的样品中检测到弱磁滞，而使用$n$型GAN衬底的样品仅显示顺磁性。
2007-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Tuneable magnetic behaviour, electronic structure and nitrogen vacancy formation in Gd$_{x}$Sm$_{1-x}$N
Robinson Research Institute, Victoria University of Wellington（惠灵顿维多利亚大学罗宾逊研究所）；MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology（麦克迪亚米德先进材料与纳米技术研究所）
本文结合计算与实验研究GdₓSm₁₋ₓN的电子和磁性能，发现阳离子取代可调控其磁性能与氮空位形成能，对超导自旋电子学具有重要意义。
2026-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Mechanisms of GaN quantum dot formation during nitridation of Ga droplets
我们研究了GAN量子点（QD）的形成机制，通过退火的Ga液滴在氮气流量。我们考虑的温度和衬底的液滴和量子点的尺寸分布的依赖性，以及量子点形成的Ga/N扩散率和GAN成核率的相对作用。我们报告两个竞争机制介导的Ga表面扩散，即量子点形成或远离预先存在的Ga液滴。我们讨论了成核和粗化占主导地位的增长，以及多型选择，在各种基板上的相对作用。新的见解提供了一个机会，为广泛的III-N半导体量子点定制量子点尺寸和多型分布。
2019-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen incorporated Zinc oxide thin film for efficient ethanol detection
氧化锌是一种n型半导体金属氧化物（SMO），是一种很有前途的检测乙醇蒸气的材料。然而，纯ZnO基乙醇传感器通常具有工作温度高、对甲醇交叉敏感和对湿度稳定性差的缺点。用各种金属离子掺杂ZnO已被广泛探索，作为改善其乙醇传感性能的有效方法，而阴离子掺杂剂很少被考虑。在这里，我们展示了氮掺杂对ZnO薄膜的乙醇传感特性的影响。以尿素为氮源，采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂ZnO（N-ZnO）薄膜。在较宽的温度和相对湿度范围内，N-ZnO薄膜的乙醇敏感特性与纯ZnO的乙醇敏感特性相当。N-ZnO传感器在较低的操作温度下表现出显著大的乙醇感测响应（ZnO在225 °C下为~ 99%，在250 °C下为~ 81%）、更快的响应时间（ZnO为12秒，在33秒）、长期稳定性、改善的对湿度的弹性以及对乙醇的选择性超过甲醇和丙酮。通过密度泛函理论计算乙醇在ZnO和N-ZnO表面上的吸附能，对实验观测进行了补充。我们讨论了改进的N-ZnO的乙醇传感的微观起源有关的氧化物表面上的乙醇分子的容易的吸附，这是由氮掺杂原子的ZnO的电子性质的改性促进。
2021-12-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
In situ GaN decomposition analysis by quadrupole mass spectrometry and reflection high-energy electron diffraction
本研究通过四极杆质谱和反射高能电子衍射原位分析不同场景下GaN的热分解行为，测得其真空下分解的表观活化能为3.1 eV、呈逐层分解模式，且活性氮暴露可显著降低GaN分解损耗。
2024-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Large spin splitting of GaN electronic states induced by Gd doping
我们详细研究了Gd掺杂GAN层中近带隙光致发光的磁场和温度极化特性。我们的研究揭示了一个非常强大的影响Gd掺杂的GAN矩阵中的电子状态。我们观察到，当Gd浓度低至1.6 x 10^{16} cm^{-3}时，价带的自旋劈裂会反转其符号。这一显著的结果只能从Gd离子在周围GAN基质中长距离感应磁矩的角度来理解。
2005-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of electron beam induced migration of hydrogen in Mg-doped GaN using Eu as a probe
我们证明了使用氢诱导的变化，在镁掺杂的p型GAN的等电Eu离子的发射，作为一个强大的探针，研究电子束照射下的氢运动的动力学。我们确定，实验上，一个两步的过程中的Mg-H络合物的解离，并提出，基于密度泛函理论，少数载流子的存在和由此产生的电荷状态的氢驱动这个过程。
2013-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Diamond-defect engineering of NV- centers using ion beam irradiation
本研究探索MeV离子束辐照对氮掺杂金刚石中NV⁻中心的可控生成作用，通过轻/重离子及不同参数结合退火实现高NV⁻密度且无石墨化，量化了离子束控制空位分布的有效性，为优化金刚石量子磁传感器性能提供方法。
2024-12-04 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.app-ph
The role of nitrogen related defects in high-k dielectric oxides: Density functional studies
利用从头算密度泛函总能量和分子动力学模拟，研究了不同形式的氮沉积后退火（PDA）对Al2O3作为场效应晶体管（FET）栅介质的电学性质的影响.我们考虑的原子结构和能量的含氮的缺陷，可以在PDA过程中形成的各种N基气氛：N2，N+2，N，NH3，NO，N2O。我们分析了这种缺陷在固定电荷积累，电子捕获和生长的界面SiOx层中的作用。我们发现，氮退火的氧化物导致一个有效的固定原生缺陷，如氧空位和间隙氧离子，这可能会抑制二氧化硅层的生长。任何形式的氮都有效地结合到预先存在的氧空位中，因此可以降低浅电子陷阱的浓度。然而，任何形式的氮都不可能显著减少电介质中的固定电荷。
2004-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Effects of low energy electron irradiation on formation of nitrogen-vacancy centers in single-crystal diamond
在扫描电子显微镜中暴露于低能电子束（2至30 keV）局部诱导NV中心的形成，而无需在已注入氮离子的金刚石中进行热退火。我们发现，非热，电子束诱导的NV-形成的效率比热退火低约四倍。但是与单独的热退火相比，在暴露于低能电子之后的连续热退火步骤（800 C）中的NV中心形成增加了高达1.8倍。这些观察点重建的氮空位复合物诱导的电子激发从低能量电子作为NV-中心形成机制，并确定本地电子激发作为空间控制的室温NV-中心形成的手段。
2012-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular Beam Epitaxy of 2H-TaS$_2$ few-layers on GaN(0001)
本研究通过分子束外延在GaN(0001)上生长2H-TaS₂薄层，明确了最佳生长温度，揭示了界面结构、电荷转移及无化学反应的特性，为二维材料与三维半导体集成提供了实验依据。
2025-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Novel lithium-nitrogen compounds at ambient and high pressures
利用从头算演化模拟，我们预测了五种新的稳定的Li-N化合物的存在，从0到100 GPa的压力（Li 13 N，Li 5 N，Li 3 N2，LiN 2和LiN 5）。这些化合物的结构分别含有孤立的N离子、N2二聚体、聚乙炔样N链和N5环。Li_（13）N的结构是由Li原子和Li_（12）N二十面体（N原子位于Li_（12）N二十面体的中心）组成，这种二十面体不能用Wade-Jemmis电子计数规则描述，是唯一的。发现Li-N化合物的电子结构显著地依赖于成分和压力，使得该系统成为研究金属-绝缘体转变的理想系统。例如，LiN 3经历了一系列压力诱导的转变：金属-绝缘体-金属-绝缘体。这项工作解决了以前的理论和实验的争议Li 2N 2。
2015-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Isotopic identification of engineered nitrogen-vacancy spin qubits in ultrapure diamond
氮杂质有助于稳定金刚石中NV $^-$的负电荷状态，而来自氮自旋的磁波动导致NV $^-$量子位的退相干。目前还不知道什么样的供体浓度可以优化这些相互冲突的要求。在这里，我们使用10-MeV的$^{15}$ N $^{3+}$离子注入在超纯金刚石中产生NV $^-$。光学检测的单中心磁共振显示从$^{15}$ N $^{3+}$离子产生$40\pm3$ %的高产率和从$^{14}$ N杂质产生$56\pm3$ %的额外产率。高温退火用于减少残余缺陷，并且即使在0.06 ppb的稀$^{14}$ N杂质浓度中也产生电荷稳定的NV $^-$，具有长相干时间。
2014-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One step growth of GaN/SiO2 core/shell nanowire in vapor-liquid-solid route by chemical vapor deposition technique
采用酞菁钴催化剂辅助气-液-固法生长GAN/SiO2核/壳纳米线，以镀有镓铟混合物的硅片为Ga和Si源，以氨为氮和氢的前驱体。镓在铟和氨分解产生的氢的存在下，在约910摄氏度的生长温度下形成Si-Ga-In合金。该合金充当Si、Ga和In的源。使用各种表征工具的详细研究表明，这些线，这是几十微米长，具有范围从20至50 nm的芯的直径分布，而无定形SiO2壳层的厚度约为10 nm。这些金属丝沿着方向生长.还观察到，这些线的平均宽度减小，而它们的密度随着Ga-In混合物中镓比例的增加而增加。
2017-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Direct growth of crystalline spinel GaON films: A wide-bandgap mixed-anion semiconductor
State Key Laboratory of Radio Frequency Heterogeneous Integration, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University（深圳大学物理与光电工程学院射频异构集成国家重点实验室）；Physics Department, The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学物理系）
该研究通过氮等离子体辅助脉冲激光沉积直接生长出晶态尖晶石γ-GaON薄膜，明确其室温带边跃迁约4.3 eV，为混合阴离子宽禁带半导体研究及异质结开发提供了基础。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Oxygen Incorporation in the MBE growth of ScxGa1-xN and ScxAl1-xN
采用二次离子质谱（SIMS）技术对分子束外延（MBE）生长的两种含钪氮化物半导体多层异质结构：ScxGa 1-xN/GAN和ScxAl 1-xN/AlN中的碳和氧杂质浓度进行了测定。在富含金属的条件下在具有高达28原子百分比的Sc含量的GaN-SiC模板衬底上生长的ScxGa 1-xN/GAN异质结构中，发现氧浓度低于1 × 1019/cm 3，其增加与钪含量直接相关。在富氮条件下在Sc含量高达26原子百分比的AlN-Al 2 O3模板衬底上生长的ScxAl 1-xN-AlN异质结构中，发现氧浓度在1019至1021/cm 3之间，再次与Sc含量直接相关。增加的氧和碳在钪合金层的沉积期间出现。
2019-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Network of vertically c-oriented prism shaped InN nanowalls grown on c-GaN/sapphire template by chemical vapor deposition technique
使用CVD技术在c-GaN/蓝宝石模板上生长垂直c取向的棱柱形InN球的网络，其中纯铟和氨用作金属和氮前体。对这些样品的生长、结构和电子性质的系统研究表明，岛沿[11-20]和[0001]方向的优先生长导致形成这样的网络结构，其中垂直[0001]取向的锥形壁沿三个[11-20]方向之一横向对齐。这些壁的倾斜面被识别为纤锌矿InN的r-平面[（1-102）-平面]。观察到这些样品的吸收起始高于InN的带隙，表明该材料中的高背景载流子浓度。通过XPS对价带边缘的研究表明，在壁的r面侧刻面下方形成了正耗尽区。这是在观察c-平面InN外延层，其中电子积累，经常报告的顶面以下的对比。
2017-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Properties of Ferromagnetic Ga1-xMnxN Films Grown by Ammonia-MBE
采用NH3作为氮源进行分子束外延，成功地生长出Mn浓度为x~6.8%的p型GaN基稀磁半导体Ga 1-xMnxN。薄膜具有纤锌矿结构，Mn在GAN的Ga位上取代。磁化强度测量表明，Ga 1-xMnxN在高于室温的温度下具有铁磁性。铁磁-顺磁转变温度Tc取决于膜的Mn浓度。在低温下，磁化强度随磁场的增大而增大，表明铁磁相与类顺磁相共存。对生长的薄膜中两种磁相的共存现象提出了可能的解释。
2002-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption and desorption of hydrogen at nonpolar GaN(1-100) surfaces: Kinetics and impact on surface vibrational and electronic properties
利用表面电子能谱结合密度泛函理论（DFT）计算研究了氢在非极性GAN（1-100）表面的吸附及其对电子和振动性质的影响.对于表面介导的H2解离和随后的H吸附，必须克服0.55 eV的能垒。计算的动力学表面相图表明，该反应在低压和低温下受到动力学阻碍。在较高的温度从头算热力学表明，H-自由表面是积极的青睐。为了验证这些理论预测实验在室温下，并在高真空条件下进行。结果表明，分子氢在GAN（1-100）表面上没有解离吸附.只有活化的原子氢原子附着在表面上。在820 K以上的温度下，附着的氢被解吸。吸附的氢原子饱和镓和氮表面原子的悬挂键，并导致Ga-N表面二聚体屈曲的反转。在H覆盖的表面上的Ga-H和N-H振动模式的签名已被实验确定，并与表面声子模式的DFT计算符合得很好。理论和实验都表明，H的吸附导致清洁GAN（1-100）表面的占据和未占据的带隙内电子态的去除，并使表面向上的能带弯曲减小0.4eV。后一种机制大大减少了表面电子耗尽。
2017-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Localized Nitrogen-Vacancy centers generated by low-repetition rate fs-laser pulses
在金刚石中的数百种杂质和缺陷中，氮空位（NV）中心是最有趣的一个，可用作量子技术和纳米传感的平台。传统上，人造金刚石是用高能电子或氮离子照射来产生这些色心的。为了精确定位的NV中心，飞秒激光照射已被提出作为一种替代方法，以产生空间定位的NV中心在金刚石。然而，迄今为止报道的大多数研究都使用高重复频率fs激光系统。在这里，我们研究了照射条件对NV $^-$生成的影响。具体而言，我们改变脉冲能量密度，激光聚焦，和脉冲的数量，在775 nm的150 fs脉冲从钛：蓝宝石激光放大器在1 kHz的重复率操作的照射。光学检测磁共振（ODMR）被用来调查所产生的NV中心，揭示了一个相当大的零场分裂的光谱，并表明在烧蚀过程中产生的晶格应变的条件可能是有害的量子信息应用。
2022-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Effect of bombarding steel with Xe$^+$ ions on the surface nanostructure and on pulsed plasma nitriding process
钢（AISI 316 L和AISI 4140）的表面形态和潜在的晶间晶粒应变的修改，由于脉冲$^+$离子轰击后，影响脉冲等离子体渗氮工艺的氮扩散。离子轰击诱导规则的纳米图案并增加材料表面的粗糙度。惰性气体轰击引起的应变在比射弹停止距离大几个数量级的深度处观察到。预轰击样品显示出在氮化层中形成的特殊显微组织，改变了深度硬度分布。与奥氏体不锈钢脉冲等离子体渗氮工艺中通常获得的双层渗氮层不同，脉冲$^+$预轰击处理导致单一的厚致密层。在氮化预轰击的AISI 4140钢中，扩散区显示长的氮化铁针状沉淀物，而在非预轰击的样品中，更细的沉淀物分布在材料中。
2014-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Fractional-Monolayer 2D-GaN/AlN Structures: Growth Kinetics and UVC-emitter Applications
Ioffe Institute（约费研究所）；Lebedev Physical Institute（列别捷夫物理研究所）；Peking University（北京大学）
研究0.75至2单层厚度的GaN/AlN量子阱基本特性，用等离子体激活分子束外延生长，改变厚度或镓氮通量比，监测生长模式，用模型描述分数单层量子阱，该结构有望作强紫外C发射体。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Increasing the coherence time of single electron spins in diamond by high temperature annealing
通过离子注入产生的金刚石中的带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心通常显示出与晶体生长期间产生的NV不同的性质。我们观察到，与“天然”NVs相比，由四种不同能量（30-300 keV）的氮离子产生的NVs显示出短得多的电子自旋相干时间$T_2$，并且我们可以发现$T_2$对注入能量的任何依赖性。此外，我们还发现，约10%的人显示从NV $^-$到NV $^0$的转换。我们开发了一种方法，以增加$T_2$的单NV $^-$中心的退火样品在$t=1200 {\circ}$ C，而在同一时间的分数的NV显示放电大大减少。
2010-12-01 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
