英语原文共 6 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
在外部电场下氮化硅分子的性质
徐国亮，谢惠香，袁伟，张先周，刘玉芳，
河南师范大学物理与信息工程学院，新乡453007
（2011年7月9日收到; 2011年8月22日收到修订稿）
摘要：在本工作中，我们采用ccsd / 6-31g（d）方法优化氮化硅分子的基态结构并计算其振动频率。计算的频率与实验值相一致，这有助于确认分子的基态结构。为了找到外部电场如何影响氮化硅分子，我们使用密度泛函方法B3P86 / 6-31g（d）优化基态结构和时间依赖密度泛函理论TDDFT / 6-31g（d）来研究氮化硅分子的吸收光谱，激发能量，振荡强度以及不同外部电场下的偶极矩。研究发现：氮化硅分子的吸收光谱，激发能量，振荡强度和偶极矩均受到外部电场的影响。有价值的结果之一是吸收光谱中氮化硅分子的黄色和蓝紫色光在电场下都具有红色偏移。在氮化硅分子的可见光区域，研究了发光机制并与实验数据进行比较。
关键词：外部电场，激发属性
PACS：31.15.-p，31.15.ag，31.50.Df DOI：10.1088 / 1674-1056 / 21/5/053101
1. 介绍
近年来，随着光电集成电路的发展，对于光电器件，硅基材料的研究已经成为主要领域。作为典型的硅基材料，氮化硅具有许多良好的性能，如优异的绝缘性，高密度，良好稳定性和价格便宜等优点。此外，它是非常有前途的硅基发光材料，已经被广泛 一些研究成果对其制备和光学性能有 但有一些问题，如发光机理和光学属性和结构，到现在还没有被彻底研究。所以，需要做进一步的研究。在外电场下，从基态到外部的激发态电场，材料特性可能当电子从中跃迁时大大改变。发光是由不同激发态之间的电子在激发态和基态之间过渡引起的。所以在研究材料的发光机制，激发态在学习中起着非常重要的作用。在许多方面，外部电场下，研究分子的特性已变得
众所周知，氮化硅分子是一种的氮化硅材料，所以对于系统的理解这种发光材料，研究它是一个很好的开始。因为材料的性质与其相关分子性质紧密相连，研究分子性质将在探索材料性能中发挥重要的指导作用。在过去的几年里，有人已经对氮化硅分子进行了充分的研究。 梅洛尼 在实验中观察到其振动频率并使用ab计算频率initio方法，两个结果都相似的一致。 Ornellas和的优化基态结构的三种可能的异构体和通过很多方法计算氮化硅分子的频率。 Brugh和发现过渡，确定氮化硅几何结构是线性，而且在基态和激发态是中心对称的，也有对氮化硅分子的其他。但是没有研究氮化硅分子的发光性能咋外部电场下的研究。分子的几何结构有助于理解分子属性和氮化硅分子的发光机制。 基于不加电场下氮化硅分子的几何结构，在这项工作中，我们使用B3P86 / 6-31g（d）方法来优化基态结构并且用时间依赖密度泛函理论TDDFT / 6-31g（d）方法来研究吸收光谱，激发能量，振荡器强度和偶极子，以及在不同的外加电场下，氮化硅的前七个激发态的偶极矩。
2. 理论方法
外电场作用下分子体系的哈密顿量H为
H= ； （1）
其中，为无外场时的哈密顿量，为场与分子体系相互作用的哈密顿量。在偶极近似下，分子体系与外电场的相互作用能为
=-mu;·F（2）
其中，mu;为分子电偶极矩矢量，F为外场矢量.电子跃迁只能在相同自旋度、不同状态下的分子中发生，所以在目前的工作中只有这种过渡类型被考虑。
3．结果与讨论
3.1. 基态结构下的几何和振动频率
在目前的工作中，氮化硅分子的基态结构可以通过使用不同来计算方法和基础设计。我们的结论计算确认氮化硅在基态是具有对称线性结构（SiNSi）。优化的几何参数列于表1，包括键长和振动频率。根据表1，通过ccsd / 6-31g（d）方法获得的振动频率是914 ，比给出的参考值更接近实验数据。 [9]和[10]是通过使用不同方法获得的。 它表明ccsd方法与6-31g（d）基组在优化氮化硅分子基组结构和计算频率的时相比，更优于其他方法，并且优化的结构模型如图1所示。
表1. 对于的基态分子，优化的Si-N键长度R，角度Si-N-Si和振动频率.
图1 氮化硅分子基态的优化模型
3.2．在不加电场下氮化硅分子的激发特性
在上述优化结果的基础上，不加外部电场的情况下， 使用TDDFT方法研究氮化硅分子的激发性能。计算了氮化硅分子前七个激发态的参数，如激励能量E，激发波长lambda;，振荡强度f和电偶极矩mu;，列于表2中。
振荡强度f和电偶极矩mu;表示电偶极子的容量转换，因此如果f等于零，则是禁阻跃迁。根据表2，从基态到第三、第四，和第七激发态是允许跃迁，而从基态到另外四个激发状态被禁止。可见光范围内吸收光谱对于研究氮化硅材料发光的机理是非常重要的。当从基态到的过渡第三，第四和第七激发态，电子应该吸收具有能量的光子分别为2.2385eV，2.9809eV和4.1498eV。相应地，氮化硅分子的吸收波长分别为553nm，416nm和298nm。我们得出的结果与光子在实验中观察到了在553nm和420nm处的发光峰，在基态和第七之间的过渡激发态与激发能为4.1498eV（33470）的氮化硅分子符合实验另一方面，氮化硅分子的电子在激发态的可以跃迁到基态第二激发态。根据群体理论，对于分子，。根据Delta;S= 0的转变选择规则，这些跃迁发生在第七激发态之间，第三或第二激发态之间，第六激发态和第三或第二激发态激发态，具有发光光谱峰分别为1.91eV，2.14eV，1.82eV和2.05eV，这与实验结果完全一
表2. 氮化硅分子从基态到激发态的激发能E，激发波长lambda;，振荡器强度f;电偶极矩。
3.3．外电场下的轨道能量
在外部电场下，分子的结构参数可能改变，所以分子可能会出现新的属性。在加外部电场下，研究氮化硅分子的几何参数。 采用外部电场F为0.018 a.u.，0.021 a.u.，0.024 a.u.，0.027 a.u.，0.030 a.u.和0.033 a.u.，它们的方向都沿着z轴（图1），其中a.u. 代表arb。 单位。通过使用B3P86方法31g（d）基组计算氮化硅分子的所有参数。 众所周知，许多分子的属性由最高占据决定分子轨道（HOMO）和最低的未占据分子轨道（LUMO）决定。优化氮化硅分子的结构可以得到参数:HOMO和LUMO， HOMO能量EH，LUMO能量EL和能隙EHLG，示于表3中。
表3. 在不同电场下，氮化硅的总能量Etol，EH，EL和EHLG。
从表3中可以看出，随着外部电场的增加，我们知道EH和EL都下降； EHLG的变化是复杂的，但是值是小于零电场的。 它表明在外部电场下从HOMO到LUMO的转变可以更容易地发生。
3.4. 外部电场对激发特性的影响
激发的性质受外部电场的影响，并会有一些新的性质出现。因此，在不同的外部电场下，我们研究氮化硅分子的前七个激发态。在加外部电场下，优化结构的基础上用TDDFT方法进行研究。外加电场下的激发特性如表4所示，激发波长lambda;，振荡器强度f; 和电偶极矩ε。 同时，前七个激发态的激发能量电场如图2所示。
表4.在不同的外电场下氮化硅分子的前七个激发态的激发波长lambda;，振荡器强度f和电偶极矩
图2. 外电场下氮化硅分子的激发能
根据表2和图2可知，激发能量不随分子基团的改变而改变，并且前七个激发态的电子状态也不随电场强度的变化而变化。当外部电场为0.018 a.u.，0.021 a.u.，0.024 a.u.和0.027 a.u.时，激发能的第一激发态总是0.0151eV；当电场增加到0.030 a.u.和0.033 a.u.时，它变为0.0153eV。当外电场强度增加到0.027 a.u.时，第二激发态的激发能在缓慢下降，然后随着电场的增加而缓慢增加。第三激发态的激发能也在外电场达到0.027 a.u前缓慢减少.，直到外电场达到0.030 a.u.，然后随着电场的增加再次下降。第四，第六和第七激发态的激发能随着电场的增加都缓慢减小。相反，第五激发态激发能随着电场的增加而缓慢增加。总而言之，前七个激发态的激发能都随着变化外电场的变化而变化。
从基态到第一和第三激发态的电偶极矩是零，并且第一到第六激发态是非常小的。外电场达到0.027 a.u之前，第三和第四激发态的电偶极矩增长缓慢，随着外电场的增加而缓慢减小。第七激发态的电偶极矩随着外电场增加而减小。振荡强度反映了它的跃迁能力。上述结果表明氮化硅分子的吸收光谱存在于从紫外线到黄光的这段区域中。虽然振荡强度的一部分等于零，电偶极矩却不为零。振荡强度和电偶极矩之间的关系是非常复杂，具体描述在参考文献。
根据结果可知，在外电场下，吸收光谱的变化也是非常复杂的。在外电场达到0.027 a.u.之前，第二激发态的吸收波长增加缓慢，之后它随着外电场的增加缓慢下降。在外电场达到0.027 a.u.之前，第三激发态的激发波长缓慢增加；但是，它在外电场达到0.030 a.u.之前开始减小，之后随着外电场的增加而再次增加。随着外电场的增加，第四，第六和第七激发态平缓地增加。然而，第五激发态的吸收波长随着电场的增加而缓慢减小。在不加任何电场的情况下，吸收波长的红移和新的吸收峰可能会出现。理论上吸收波长等于发光波长lambda;。根据f不为零的事实，我们可以观察420-590nm处的发光光谱在蓝紫色和黄色光之间的区域，这和实验区相。另一方面，氮化硅分子的激发态的电子可以返回到基态或者第二激发态。根据集团理论，对于分子，与过渡选择规则Delta;S= 0，这些跃迁发生在第七激发态之间发生和第三或第二激发态之间，以及之间第六激发态和第二激发态，发光光谱在564-668nm之间，也是在。
4. 结论
我们详细研究了氮化硅分子的各种理论参数情况，基态和不同外电场下的激发态的几何构型，振动频率，HOMO能量，LUMO能量。 所有计算均使用程序执行。 我们发现外电场对氮化硅分子的激发性质具有复杂的影响。在外电场下，轨道能量变化和转变更容易发生。理论上，氮化硅分子在紫外和黄绿色光区域有丰富的吸收光谱，在紫光区无论是否存在电场，它的吸收光谱都很弱。但是外电场可以诱导氮化硅分子的吸收光谱红移到可见光区域，因此我们可以通过改变电场来获得吸收光谱。另外，在可见光区域有发光光谱，这与观察到的结果相吻合。它对研究发光材料的发光光谱是非常重要的。因此，目前的工作可以作为探索氮化硅材料发光特性的指南。
参考文献:
[1] Huang R，Wang D Q，Song J，Ding H L，Wang X，Guo Y Q，Chen K J，Xu J，Li Wei and Ma Z Y 2010 Acta Phys。59 5823（中文）
[2] Cristiana D V，Giorgio P和Gianfranco P 2011 J. Phys。Chem。 C 115 561
[3] Wan G X and Chen QH 2008 J. Lanzhou Jiaotong Uni-versity 27 160（中文）
[4] Chen Q Y，Duan M Y，Zhou H P，Dong C J，Wei Y，Ji H X，Huang J S，Chen W D和Xu M 2008 Chin。 J.Lumin。29 363（中文）
[5]徐国亮，刘雪峰，夏燕泽，张学忠，刘玉芳Acta Phys。 59 7756（中文）
[6] Ruan W，LuoWL，Zhang L和Zhu Z H 2008 Acta Phys。57 6207（中文）
[7]徐国亮，刘雪峰，谢海兴，张学忠，刘玉芳物理学。 B 20 013101
[8] Xu G L，Liu XF，Xie H X，Zhang X Z and Liu YF 2010物理学。 B 19 113101
[9] Meloni G，Cesearo S N和Sanna N 2001 Chem。物理学。Lett。 343 113
[10] Ornellas F R和Iwata S 1996 J. Phys。 Chem。 100 10919
[11] Brugh D J和Morse M D 1997 Chem。物理学。 Lett。 267 370
[12] Iraqi M，Goldberg N和Schwarz H 1993 J. Phys。 Chem。97 11371
[13] Jungnickel G，Frauenheim T和Jackson K A 2000 J.Chem。物理学。 112 1295
[14]李娜，马浩，马德民，王雪伟，刘茂，袁燕和王X 2008年Acta Phot。罪。 37 2024
[15] Goldberg N，Iraqi M，Schwarz H，Boldyrev A和SimonsJ 1994 J.Chem。物理学。 101 2871
[16] Gingerich K A，Viswanathan R和Schmude RWJr 1997J.Chem.Soc。物理学。 106 6016
[17]刘玉富，张力杰，韩XQ和孙建富2006年。 J.在。 Mol。物理学。 23 938（中文）
[18]刘玉霞，周艳霞，史伟
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[25575]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
