Impurity-driven intervalley spin-flip scattering-induced 2D spin relaxation in silicon
通过对掺杂Si的二维电子气中电子自旋寿命的理论研究，我们强调了界面附近杂质中心电池势通过谷间电子散射引起的主导自旋弛豫机制。在低温和适度掺杂下，这种Yafet自旋翻转机制可以变得比由结构Rashba自旋轨道耦合场引起的Dyakonov-Perel自旋弛豫重要得多。由于前导级杂质诱导的自旋翻转仅发生在Si中的两个非相对谷之间，因此Si MOSFET或SiGe异质结构中的二维电子气（2DEG）系统是测试和利用这种自旋弛豫机制的天然平台，这是由于界面附近的谷分裂及其通过电门控或施加应力的可调谐性。我们提出的新的自旋弛豫机制可以解释部分的自旋弛豫的贡献，以硅为基础的2DEG系统。
2017-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Donor Electron Wave Functions for Phosphorus in Silicon: Beyond Effective Mass Theory
本文在纯晶体Bloch函数的基础上，通过数值对角化施主哈密顿量，计算了硅中磷施主的电子波函数。的哈密顿量计算在离散点周围的导带极小值的倒易晶格空间中本地化。这种技术超越了有效质量理论中固有的近似，并且可以被修改以包括改变的施主杂质电势、外部施加的静电电势以及晶格应变的影响。施主杂质势的修改允许实验上已知的低位能谱以良好的一致性再现，以及施主波函数的计算，其然后可用于计算对量子计算应用重要的参数。
2005-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Systematic first-principles study of impurity hybridization in NiAl
我们已经进行了系统的第一性原理计算研究的杂质原子（硼，碳，氮，氧，硅，磷，硫）的轨道杂化和成键性能的金属间合金NiAl使用全电位线性muffin-tin轨道方法的影响。动量空间中的矩阵元被用来计算实空间的性质：现场参数，部分态密度，和本地电荷。在经验上已知为脆性的杂质原子（N和O）中，我们发现2s轨道与杂质结合，因此不参与共价键合。相反，发现相应的2s轨道在内聚力增强剂（B和C）中是离域的。这些杂质原子中的每一个被发现在NiAl中获得净负局部电荷，而不管它们是否位于Ni或Al位置。因此，脆化剂通过从相邻的Ni或Al原子中移除一些电子并将它们定位在杂质位点处来减少可用于共价键合的电子的总数。我们发现，这些相关性也适用于硅，磷，硫。
2002-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Experimental Observation of Kondo-Fano Resonant Tunneling in Silicon-Doped GaAs/AlAs Multiple Quantum Wells
本文报道了在掺硅GaAs/AlAs多量子阱中近藤-法诺共振隧穿的实验观察。在低偏压下的微分隧穿电导谱显示出强烈的温度依赖性共振，其峰在磁场的存在下分裂，这是近藤共振的特征。用杂质Anderson模型解释了这些数据是费米能级的导电电子通过阱内掺杂硅杂质态的共振隧穿。杂质态的库仑阻塞共振在近藤共振之上诱导了Fano凹陷。
2006-02-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effect of Strain on Interactions of Σ3{111} Silicon Grain Boundary with Oxygen Impurities from First Principles
在多晶硅中，晶界与固有缺陷和/或杂质元素的相互作用对其电学行为起着决定性的作用。应变，取决于类型的GB和缺陷，在这些系统中起着重要的作用。本文从第一性原理框架出发，考虑应变的全局和局部模型，研究了间隙氧杂质存在下，Si 3111-GB的结构和电子性质之间的相关性.据观察，随着杂质原子的数量的应变分布修改的材料的能量。然而，所考虑的Si-GBs的电子性质并不特别受应变和氧杂质的影响，除非非常高的局部畸变引起额外的结构缺陷。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Monovacancy and Substitutional Defects in Hexagonal Silicon Nanotubes
本文利用第一性原理研究了单空位和替代缺陷的六方单壁硅纳米管的几何结构和电子结构。选择C、Al或P原子作为替代杂质。研究发现，单空位或替代杂质等缺陷会导致六边形单壁硅纳米管的变形。在这两种情况下，由于这种局部变形，在费米能级附近出现相对局部化的未占据态。讨论了不同替代杂质的几何和电子性质的差异。
2007-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Electron-Phonon and Electron-Impurity Scattering on Electronic Transport Properties of Silicon/Germanium Superlattices
半导体超晶格在热电应用中得到了广泛的研究，以探索组分、界面结构和晶格应变环境对热导率降低和效率提高的影响。大多数研究假设，它们的电子性质与散装对应物相比不受影响。然而，最近的研究表明，硅（Si）/锗（Ge）超晶格的电子性质显示出显着的变化取决于组成和生长衬底。这些研究使用了恒定弛豫时间近似，忽略了电子散射过程的影响。在这里，我们考虑电子散射声子和电离杂质，并报告第一性原理计算的电子输运性质，包括散射率。我们研究了两类Si/Ge超晶格：在相同衬底上生长的不同组成的超晶格和在不同衬底上生长的相同组成的超晶格。我们说明了超晶格的能带和电子-声子弛豫时间之间的关系。我们通过考虑面内和跨面结构各向异性来模拟电子-电离杂质相互作用势。我们的分析表明，包括电子-声子和电子-杂质散射过程可以导致~1.56倍的提高峰值功率因数，相比，体硅。我们观察到，超晶格也可以显示显着降低特定的晶格应变环境的功率因数。这种降低可能抵消由于降低的热导率而导致的热电效率提高。我们的研究提供了洞察力，以预测由于晶格应变环境的变化，设计具有优化的电子性能的超晶格至关重要的电子性能的变化。
2021-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the nature of large-scale defect accumulations in Czochralski-grown silicon
用小角中红外光散射和电子束感应电流技术研究了直拉法生长的掺硼硅单晶。发现在这种材料中检测到的电活性杂质的大规模积累在其性质和形成机制上与浮区生长硅中众所周知的杂质云不同。本文对直拉硅中的大尺度杂质积累进行了分类，并对构成大尺度杂质积累的点中心进行了分析。本文还提出了直拉法生长Si：B中大规模杂质积累的模型。
2010-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electronic Properties of Alkali- and Alkaline-Earth-Intercalated Silicon Nanowires
我们提出了一个第一性原理研究的电子性质的硅笼形纳米线插入各种类型的碱金属或碱土金属原子。我们发现纳米线的能带结构可以通过改变纳米线中的杂质原子来调节。所得系统的电子特性可以从金属到具有直接带隙的半导体变化。这些特性使得纳米线特别适合于电子和光电子应用。
2007-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Electron-Beam Manipulation of Silicon Impurities in Single-Walled Carbon Nanotubes
最近的发现，杂质原子在晶体中可以操纵与聚焦电子辐照打开了新的前景自上而下的原子工程。这些成就是由于电子光学和显微镜稳定性的进步，以及通过离子和电子束照射或化学方法制备含有杂质元素的合适材料。在这里，它示出了硅杂原子通过等离子体辐射引入到单壁碳纳米管（SWCNT）的晶格中，可以使用聚焦的55-60 keV的电子探针针对相邻的碳位点进行操作。移动的硅原子主要是沿着大的2.7 nm直径的管的纵轴，超过90个控制的晶格跳跃记录和相关的位移截面估计。分子动力学模拟表明，即使在2 nm的单壁碳纳米管的阈值能量的平面外动力学是不同的比在石墨烯，并取决于硅-碳键相对于电子束的取向，以及本地键合的位移碳原子和它的邻居。其中电子波函数比在二维材料中更严格地受限的SWCNT的原子级工程可以使得能够制造可调谐电子谐振器和其它装置。
2019-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Modeling of the transient interstitial diffusion of implanted atoms during low-temperature annealing of silicon substrates
结果表明，在离子注入杂质分布的低浓度区，许多与“拖尾”有关的现象是由于非平衡杂质的反常扩散所致。这些现象包括在非晶化硅中的硼注入、铟离子的“热”注入、离子注入层的退火等。特别是，为了验证这一微观机制，模拟离子注入层的低温退火过程中的硼再分布已经进行了不同条件下的瞬态增强扩散抑制。由于与实验数据符合得很好，得到了非平衡杂质电子的平均迁移长度值。已经表明，对于注入到由锗离子非晶化的硅层中的硼，由于额外的氮注入，在800摄氏度的退火温度下杂质元素的平均迁移长度从11nm减小到约6nm。如果处理温度降低到750摄氏度，则观察到平均迁移长度的进一步缩短。在800 ℃热处理条件下，BF_2离子注入硅单晶时，硼化物的平均迁移长度为7.2nm。
2011-08-25 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Spin relaxation via exchange with donor impurity-bound electrons
在低温下，半导体中的电子被束缚在浅施主杂质离子上，在平衡中中和它们的电荷。由电场加速的其他外部注入的传导电子的非弹性散射可以激发这些局域态的流形内的跃迁。将束缚电子提升到高度自旋-轨道混合的激发态通过交换相互作用驱动传导电子的强自旋弛豫，这让人想起其中交换与价带空穴态发生的Bir-Aronov-Pikus过程。通过硅自旋输运器件和互补理论的低温实验，我们揭示了这种以前未知的自旋去极化机制的后果低于和高于碰撞电离阈值。
2015-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculation of carrier mobility in semiconductors including ionized-impurity scattering
本文在 EPW 代码的从头算玻尔兹曼输运方程中引入随机库仑散射中心模型以计入电离杂质散射，并在硅、碳化硅和磷化镓上验证了该方法在宽温区和杂质浓度范围内与实验的良好吻合。
2023-01-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Coupling between Phonon-Phonon and Phonon-Impurity Scattering: A Critical Revisit of the Spectral Matthiessen's Rule
当多重散射机制存在时，光谱Matthiessen规则通常用于计算总声子散射率。在这里，我们预测的光谱声子弛豫时间$τ$的缺陷体硅的简正模分析的基础上的分子动力学，并表明光谱Matthiessen的规则是不准确的，由于忽略了非谐声子-声子散射$τ_a^{-1}$和声子-杂质散射$τ_i^{-1}$之间的耦合。结果，光谱Matthiessen规则低估了总声子散射率，因此高估了质量掺杂和Ge掺杂硅的热导率$κ$约20- 40%。我们还直接估算了这种耦合散射率，即所谓的耦合五声子散射率$τ_{\rm couple}^{-1}$，并在$τ_a^{-1}+τ_i^{-1}+τ_{\rm couple}^{-1}$和总散射率$τ_{tot}^{-1}$之间取得了很好的一致性。
2015-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Polarized Transient Electron Trapping in Phosphorus-doped Silicon
电子自旋进动的实验证据表明，在全电子器件的掺磷硅沟道中的电子自旋进动同时表明了两个不同的过程：（i）由于从注入器到检测器的纯导带传输而导致的短时间尺度（~ 50 ps），以及（ii）由于浅杂质陷阱中的捕获/再发射相关延迟而导致的长时间尺度（~ 1 ns）。这种现象的起源，通过温度，电压和电子密度依赖性测量检查，建立通过比较的数值模型，并示出揭示参与亚稳态激发态的磷杂质光谱。因此，这项工作表明，有可能使宏观自旋输运的研究有关的量子制度的个别自旋相互作用与杂质的设想为量子信息应用。
2011-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Trapping of He Clusters by Inert-Gas Impurities in Tungsten: First-Principles Predictions and Experimental Validation
采用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算方法，系统地研究了体心立方钨中惰性气体原子引入引起的点缺陷的性质。间隙氖、氩、氪和氙原子的最稳定构型是四面体位置，类似于早先在W中发现的氦。计算的单个惰性气体原子的形成能在间隙网站，以及在替代网站是大得多的Ne，Ar，Kr和H2O比He。虽然惰性气体缺陷插入间隙配置的能量的变化可以解释由其大的原子尺寸的强烈影响，其替代能量所表现出的趋势更可能与惰性气体杂质原子和钨原子之间的共价相互作用。惰性气体杂质与空位之间的相互作用能有显著的变化，从He到Ne、Ar、Kr、Ar，都有明显的尺寸效应。这种趋势的起源可以通过电子结构计算来解释，电子结构计算表明p轨道在空位与四种惰性气体元素中任何一种的原子之间形成化学键的过程中起着重要的作用，而氦在外层中只包含1 s2电子。计算了氦原子被五种不同的缺陷（He-v，Ne-v，Ar-v，Kr-v，Xe-v，其中v表示bcc-W中的空位）俘获时的结合能，结果与热脱附谱的实验数据吻合得很好.本文分析了氦原子团簇与钨中惰性气体杂质原子陷阱的结合随连续俘获氦原子数目的变化。由于惰性气体杂质的杨氏模量的变化进行了分析的基础上，来自DFT计算的数据。
2014-08-04 cond-mat.mtrl-sci
The role of Si vacancies in the segregation of O, C, and N at silicon grain boundaries: An ab initio study
晶界（GB）是在用于器件Si太阳能电池制造的晶体生长期间起源于多晶硅中的缺陷。GB的存在改变了Si的配位，使其有利于载流子的复合，这带来载流子寿命的显著降低。因此，GB可能对器件性能非常有害。此外，GB容易形成具有深缺陷电子态的空位，并且也是各种杂质物种（诸如C、N和O）的优先分离位点。我们从第一性原理研究了$Σ$ 3{111} Si GB的结构，能量和电子性质之间的相关性，有和没有空位，以及C，N和O原子的偏析。当存在空位时，C和O原子强烈地增加它们的分离能力。然而，$Σ$ 3{111} Si GB的电子性质不受O的存在的影响，而在C的情况下，它们可以强烈地改变。对于N原子，不可能在GB中有空位和没有空位的情况下发现能量和电子性质的明显趋势。事实上，由于N与Si不等价，如C和O，因此在GB结构中找到新的化学排列时更灵活。这意味着与C和O杂质相比，在存在N杂质原子的情况下更难控制材料的性质。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Donor-driven spin relaxation in multi-valley semiconductors
我们提出了一个理论的自旋弛豫的电子由于散射的中心电池电位的杂质在硅中。考虑到导带的多通道性质和平移对称性的破坏，自旋翻转幅度由这种短程杂质散射主导，之后电子被转移到$k$空间中不同轴上的谷（所谓的$f$过程）。这些$f$ -过程在所有温度下主导自旋弛豫，其中在低温下散射离开杂质中心晶胞主导，并且在升高的温度下与$Σ$ -轴声子散射。据我们所知，该理论是第一个解释和精确量化的自旋弛豫杂质身份的依赖性。因此，新的形式填补了长期以来$n$型硅自旋弛豫理论的空白，它是有价值的硅基自旋电子器件的表征。
2014-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuned ionic mobility by Ultrafast-laser pulses in Black Silicon
本研究通过从头算分子动力学模拟探究飞秒激光激发黑硅中杂质浓度对离子迁移率的影响，发现晶体环境随杂质浓度升高弱化，离子迁移率随杂质浓度与激发强度改变，为半导体器件优化提供参考。
2024-09-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Insulator-to-Metal Transition in Selenium-Hyperdoped Silicon: Observation and Origin
超掺杂已经成为设计具有独特光学和电子特性的半导体的一种有前途的方法，尽管这些特性目前缺乏明确的微观解释。结合计算和实验证据，我们探讨了超掺Se硅中亚带隙光吸收和金属性的起源。我们发现，子带隙吸收来自直接缺陷到导带跃迁，而不是自由载流子吸收。密度泛函理论预测的硒诱导的绝缘体到金属的转变产生的合并的缺陷和导带，在一个非常符合实验的浓度。量子蒙特卡罗计算证实了临界浓度，表明相关性是重要的，准确地描述过渡，并建议这是一个经典的杂质驱动的莫特转变。
2011-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Non-Gaussian diffusion profiles caused by mobile impurity-vacancy pairs in the five frequency model of diffusion
在五频模型（5 FM）的框架下，研究了FCC基质在强杂质-空位（I-v）吸引作用下的空位介导杂质扩散。杂质和紧密结合的I-V对的系统已经在Cowern等人的速率方程方法的框架中处理，物理修订版信函65，2434（1990）中描述了在硅中的掺杂剂扩散中观察到的非高斯扩散分布（NGDP）。在本研究中，这种方法已被扩展到一个三维（3D）的积分微分方程描述对介导的杂质扩散。该方程预测了与Cowern等人相同的1D NGDP，但也可用于模拟扩散通过移动状态进行的系统中任意几何形状的3D轮廓。理论的参数已计算在5 FM的基础上，现有的文献数据。对铝基质中杂质的数据库进行了分析，并确定了用于观察NGDP的有前途的杂质-基质系统。已经模拟了NGDP预期易于检测的杂质的扩散曲线。有人认为，与输入参数的基础上计算的实验扩散常数的模拟NGDP可以作为一个定量测试的5 FM是足够准确的。
2018-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Energetics and stability of dangling-bond silicon wires on H passivated Si(100)
本文研究了Si（100）-H（2x 1）上悬挂键形成的准一维线的电子、几何和能量性质。计算采用密度泛函理论（DFT）。无限线被发现是绝缘的和Peierls扭曲，然而有限线发展局部电子状态，可以很好地用于基于分子的设备。有限线的基态解不对应于几何畸变，而是对应于反铁磁有序。对于线的稳定性，附近Si原子中存在丰富的H原子可能是一个问题。我们已经评估了内二聚体和intrarow扩散的能量势垒，发现它们都约为1 eV或更大，即使在H杂质已经坐在导线上的情况下。这些结果对于在未来的器件中使用悬挂键合线是令人鼓舞的。
2012-03-12 cond-mat.mtrl-sci
All-optical control of the silicon-vacancy spin in diamond at millikelvin temperatures
金刚石中的硅空位中心由于其良好的光学性质和光学可寻址的电子自旋，在量子光子学中提供了有吸引力的机会。在这里，我们结合两者来实现其自旋态的全光相干控制。我们利用这种方法来探索自旋退相效应在杂质丰富的样品超出声子诱导的退相干的限制：采用拉姆齐和哈恩回波技术在12 mK的基础温度，我们确定共振耦合取代氮自旋浴作为限制退相干源的电子自旋。
2017-08-28 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Engineering Silicon Nanocrystals: Theoretical study of the effect of Codoping with Boron and Phosphorus
我们表明，通过杂质掺杂可以有效地调节纳米晶硅的光学和电子性质。特别是，我们给出的证据，通过从头计算，通过适当地控制掺杂与一个或两个原子物种，一个显着的修改的吸收和发射的光可以实现。我们已经考虑了杂质，无论是硼或磷（掺杂）或两者（共掺杂），位于不同的硅纳米晶体的尺寸范围从1.1 nm到1.8 nm的直径的替代网站。我们发现，当两种杂质占据表面附近的最近邻位置时，共掺杂纳米晶体具有最低的杂质形成能。此外，这样的系统目前的带边状态本地化的杂质引起的红移的吸收阈值相对于未掺杂的纳米晶体。我们详细的理论分析表明，由于光吸收产生的电子-空穴对决定了几何畸变，进而导致吸收和发射光谱之间的斯托克斯位移。为了更深入地了解这种效应，在一种情况下，我们计算了吸收和发射光谱，超出了单粒子方法，显示了多体效应所起的重要作用。我们在这项工作中收集的整套结果强烈表明，通过掺杂可以调节硅纳米晶体的光学性质。
2007-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Photoluminescence Lineshapes for Color Centers in Silicon Carbide from Density Functional Theory Calculations
具有光学和磁性活性点缺陷的碳化硅为量子技术应用提供了独特的机会。由于与这些缺陷的相互作用通常通过光激发和去激发发生，因此全面了解它们的光-物质相互作用，特别是光学特征是至关重要的。在这里，我们采用量子力学密度泛函理论的计算，调查选定的，实验观察到的色心（包括单空位，双空位，和空位杂质对）在4 H-SiC的光致发光线型。零声子线以及黄-里斯和德拜-沃勒因子的分析伴随着对潜在的晶格振动的详细研究。我们发现，缺陷的线型是由强耦合体声子在较低的能量和本地化的振动模式在较高的能量。理论计算结果与实验数据吻合较好，可望对光致发光光谱中缺陷特征的识别和量子光子学及量子信息处理等方面的研究有所帮助.
2020-10-04 cond-mat.mtrl-sci
First-principles ionized-impurity scattering and charge transport in doped materials
载流子与离子化杂质的散射控制着杂质半导体中的电荷输运。然而，电子与离子化杂质的相互作用不能完全用定量的第一性原理计算来描述，所以他们的理解主要依赖于简化的模型。在这里，我们展示了一个从头计算的方法来计算电子和电离杂质或其他带电缺陷之间的相互作用。它包括短程和长程电子缺陷（e-d）的相互作用在平等的基础上，并允许有效的插值的e-d矩阵元素。我们结合了电子-d和电子-声子相互作用的玻尔兹曼输运方程计算的载流子迁移率在掺杂硅在很宽的温度和掺杂浓度范围内，无缝跨越缺陷和声子限制的运输制度。分析了缺陷和声子散射机制对载流子弛豫时间和平均自由路径的贡献。我们的方法为研究掺杂材料中的电子相互作用提供了一个强有力的工具。它拓宽了第一性原理输运计算的范围，使研究范围广泛的杂质半导体和氧化物与电子，能源和量子技术的应用。
2021-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Negative-U properties for substitutional Au in Si
采用基于密度泛函理论的电子结构计算方法，对体硅中孤立的替代型金杂质进行了详细的研究。缺陷系统被发现是一个非自旋极化的负U中心，从而提供了一个简单的解决方案，长期以来的争论在硅中金的电子顺磁共振信号。有一个很好的协议（0.03 eV内）之间的良好建立的实验供体和受体的水平和预测的稳定的电荷态跃迁水平，允许明确的分配的两个实验水平的（1+/1-）和（1-/3-）过渡，分别与以前持有的假设系统。
2014-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric transport properties of silicon: Towards an ab initio approach
我们将玻尔兹曼输运方程与{ \it ab initio}方法结合起来计算半导体的热电系数。电子声子，电离杂质，和电子等离子体散射率已被考虑。利用密度泛函理论计算了电子-声子耦合的能带结构和平均谷间形变势。线性化玻尔兹曼方程，然后解决了数值超过弛豫时间近似。我们的方法已被应用到晶体硅。我们目前的结果的迁移率，塞贝克系数，和电子的热导率的贡献，作为载流子浓度和温度的函数。计算的系数与实验结果吻合较好。
2018-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Silicon and silicon-nitrogen impurities in graphene: structure, energetics and effects on electronic transport
我们从理论上研究了石墨烯中硅和硅氮杂质的原子结构和能量学。利用密度泛函理论，我们可以深入了解杂质的原子结构，评估它们的形成能并评估它们在现实样品中的丰度。我们发现，氮，以及氧和氢，被困在硅杂质，大大改变了系统的电子特性。此外，我们表明，氮掺杂可以诱导局部磁矩导致自旋相关的输运性质，即使硅和氮杂质本身都是磁性的。为了模拟具有许多随机分布的杂质的大系统，我们推导出描述杂质对石墨烯π电子结构的影响的紧束缚模型。然后利用线性标度的实空间Kubo-Greenwood方法，计算了杂质随机分布大系统的输运性质，得到了每种杂质的类指纹散射截面.输运性质变化很大，我们的研究结果表明，一些杂质甚至可以在实际的石墨烯样品中诱导强烈的局域化。
2015-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopy and transport of nonpolarons in silicon and germanium: the influence of doping and temperature
该研究通过第一性原理和累积量展开方法，揭示了硅和锗中非极化子的光谱特征及掺杂和温度的影响，并解释了锗迁移率高于硅的原因。
2025-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid functional calculation of electrical activity and complexing mechanism of Cu-related defects
College of Smart Materials and Future Energy, Fudan University（复旦大学智能材料与未来能源学院）；Shanghai Advanced Silicon Technology Co., Ltd.（上海先进硅技术有限公司）
本文利用HSE06功能和有限尺寸修正，研究了硅中铜相关缺陷的配置、形成能及过渡级，揭示了Cu_PL线的形成机制，为理解硅中铜沉淀的电活性缺陷和早期状态提供新视角。
2026-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Optical polarizability of erbium-oxygen complexes in sol-gel-based silica films
对于掺铒的非晶氧化物，例如用于与硅接合的紧凑型光波器件中的那些，折射率的值通常凭经验获得。这项工作，结合实验和理论研究，检查二氧化硅作为示范主机和铒掺杂的折射率的影响。本文分析了在硅上旋涂溶胶-凝胶前驱体并随后真空退火制备的重掺铒二氧化硅薄膜在紫外到近红外波长范围内的光谱折射率数据。有效介质Lorentz-Lorenz数据分析确定掺杂剂组分具有1.76（0.24）的折射率，波长色散被限制在2%以内。考虑到掺杂剂作为一个本地化的ErO 6杂质络合物，相应的理论折射率为1.662推导出通过计算的光学极化率和体积的杂质。室温下（293 K）的光致发光在1.54微米附近的数据显示是一致的随机变异杂质网站。讨论了研究胶体基材料的固有优势。据作者所知，在文献中首次报道了与二氧化硅中铒杂质相关的折射率的详细研究。
2021-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ab initio study of oxygen segregation in silicon grain boundaries: the role of strain and vacancies
多晶硅被广泛用于生产低成本和高效率的太阳能电池。在晶体生长和器件制造期间，硅太阳能电池包含晶界（GB），其是原子杂质（诸如氧原子）的优先偏析位点。GB可以诱导载流子复合，显著降低载流子寿命，因此它们可能对Si器件性能有害。我们研究了空位、应变和多重O偏聚存在下，113 {111} Si GB的结构、能量和电子性质之间的相关性。在应变和空位的存在下，对GBs的结构和能量性质的研究给出了控制氧原子偏析的复杂机制的准确描述。我们分析了拉应变和压应变，得出O杂质周围的局部拉应变对偏析是非常有效的。我们还研究了多个O杂质在Si空位存在下的作用，发现对于那些已经恢复四面体共价键的结构，偏析是最受欢迎的。空位的存在吸引原子杂质，以恢复电子稳定性：间隙杂质成为替代。这一分析的出发点，在应变和空位的存在下，与O杂质的电子性质的变化在<$3 {111}Si GBs的关联。对每一种结构，我们分析了态密度及其在原子和态上的投影、带隙、分凝能及其相关性，以揭示新能级的本质。实际上，知道定义的电子状态的起源将允许材料的优化，以便减少非辐射电子-空穴复合，避免电荷和能量损失，从而提高太阳能电池效率。
2020-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of boron and aluminum $δ$-doped layers in silicon
针对硅中高于固溶度的硼、铝δ掺杂层，采用密度泛函理论研究其电子结构，发现结构弛豫、无序及掺杂原子种类对能带等性质的影响规律，为调控其电子性质提供了理论依据。
2023-04-17 cond-mat.mes-hall 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
Mid- and far-infrared localized surface plasmon resonances in chalcogen-hyperdoped silicon
红外区域中的等离子体传感采用分子的振动指纹与等离子体共振的直接相互作用，从而创建优于传统光谱学的表面增强传感平台。然而，用于等离子体共振的标准贵金属遭受高辐射损耗以及制造挑战，例如将光谱共振位置调谐到中红外到远红外区域，以及与现有互补金属氧化物半导体（CMOS）制造平台的兼容性问题。在这里，我们证明了中红外局域表面等离子体共振（LSPR）的发生在薄的Si薄膜超掺杂与已知的深层次杂质碲。我们表明，中红外LSPR可以进一步增强和光谱扩展到远红外范围内，通过制造二维阵列的微米尺寸的天线在Te-超掺杂硅芯片。由于Te-超掺杂Si也可以用作红外光电探测器，我们相信我们的研究结果将开启等离子体传感器与单芯片CMOS平台直接集成的路线，大大提高了大规模制造高性能等离子体传感系统的可能性。
2022-10-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonlocal diffusion currents at the nanoscale
本文导出了以束缚杂质-缺陷对机制扩散的杂质扩散电流的积分微分表达式。随后的非局部扩散方程推广了现有的扩散理论的对机制在无界系统中具有均匀的缺陷分布的系统与边界和可变的缺陷浓度。它已被确立，非局部性表现出自己只在短时间的扩散，而在大的时候，特别是在固定的条件下，非局部理论的预测将符合现有的方法的基础上本地扩散电流。提出了实验验证非定域理论的可能性。特别是，在硅中的上坡扩散的对阻力的解释可以在稍微修改的常规实验装置内进行测试。此外，它已被证明，在非局部理论中的杂质偏析轮廓所造成的阻力应该不同的演变的初始阶段从本地理论的预测。由于偏析影响材料的机械，腐蚀和电子性能，对扩散的非局部特征可能对纳米结构材料具有重要意义。
2019-12-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
