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六方研究获新进展:可用于紫外激光器件

发布日期:2017-11-22 作者: 点击:

      中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室薛群基院士和张广安研究员带领的团队在国家自然科学基金资助项目和中国科学院前沿科学重点研究项目的支持下,在压力诱导调控六方氮化硼电学性能理论研究取方面取得新进展。

      六方氮化硼作为一种宽带隙绝缘体阻碍了其在电子器件中的广泛应用,而研究其带结构工程可以开发其许多潜在的应用价值。比如调控其带结构的转变:直接带隙-间接带隙之间的转变对于其在涉及发光的纳米器件及紫外激光器件中的应用有很重要的意义。这些都会激发研究者们通过各种可行的手段来调控其带隙,到目前为止调控六方氮化硼带隙的手段主要有施加电场、掺杂、变形等。尽管这些方法都有助于调控六方氮化硼的带隙,但是带隙过渡的本质仍然是不清楚的,晶体结构的变化及带隙过渡与其电子性能之间的联系依旧需要进一步的研究。

      我们用法向压力调控六方氮化硼带隙,它与以上方法相比是一种简单可行的手段,也不会引入外来杂质。再加上六方氮化硼在法向压力作用下电子性能的转变还没有系统的报道过,许多有趣的现象仍需要探索,而且深入理解六方氮化硼的电子性能与压力之间的关系对于其在电子器件等方面的应用有很重要的意义。为此,我们进一步研究了三种不同堆排列模式的六方氮化硼在法向压力作用下的电子性能的变化,用第一性原理的方法计算了三种堆排列模式的六方氮化硼在压力作用下的吸附能、带隙的变化并用能带结构及电子局域泛函来分析其带隙随压力的变化趋势。结果表明法向压力可以很好的调控六方氮化硼的带隙,堆排列模式Ⅰ和Ⅱ下,带隙随压力的增大先减小后增大再减小,这与电场调控下带隙单调减小的变化趋势是非常不一样的,而堆排列模式Ⅲ下带隙随压力的增大单调减小。当压力达到34.3%(堆排列模式Ⅱ)时,六方氮化硼由直接带隙向间接带隙转变,这对于六方氮化硼在发光器件中的应用具有很重要的意义;压力达到28.6%(堆排列模式Ⅰ)和45.7%(堆排列模式III)由绝缘体向半导体过渡,这对于六方氮化硼在电子器件中的广泛应用具有很重要的意义。相关结果发表在近期出版的Ceramics International(2017, 43, 6626)。


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