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國立中興大學 材料科學與工程學系所 呂福興所指導 林孟瑜的 N-TiOx與TiNxOy系統:晶體與能帶結構之相關實驗及第一原理計算 （2019），提出2020 cr v vti關鍵因素是什麼，來自於第一原理、N-TiO2、N-Ti3O5、TiNxOy、能帶結構。
N-TiOx與TiNxOy系統:晶體與能帶結構之相關實驗及第一原理計算
為了解決2020 cr v vti 的問題，作者林孟瑜 這樣論述：
N-TiO2、N-Ti3O5、TiNxOy三個材料系統，分別有光觸媒與光電等許多應用。隨著不同的氮濃度、O/N比，可調控其能帶結構與光電特性。目前，第一原理在N-TiO2系統的研究大致完善，但仍缺乏系統性探究氮間距、摻雜物分佈的影響。N-Ti3O5方面，α-Ti3O5相大多停留在純相計算、未有氮摻雜的研究。而TiNxOy系統，目前第一原理計算出的晶體、能帶結構結果，仍無法和實驗結果良好匹配，且未有人探討過不同氧的位置、本質缺陷種類、濃度對TiNxOy的影響。因此，在此希望透過缺陷、贋勢、交換關聯能的近似函數更替解決目前第一原理研究中未克服的問題，並探討上述變因對材料晶體、能帶結構的影響，用於
解釋先前的實驗結果。在中性N-TiO2系統，計算結果表示取代型(NO)氮摻雜TiO2較間隙型(NI)符合先前實驗研究中氮濃度上升能隙下降的趨勢。並在高氮濃度下(8.33~10.42 at%)能隙發生由2.49 eV回升至2.52 eV的現象。經由態密度分析得知，是由於NO間距離過近產生鍵結，使堆積在價帶邊緣的N-2p電子分散所導致。且在相同氮濃度下隨機氮摻雜比NO具有更高的能隙值並更符合光學能隙下降的趨勢。並在不同NO間距時，N-TiO2中氮會有不同分佈形式，使相同NO濃度下具有不同的能隙值。在中性N-Ti3O5系統，NO濃度區間0~15.63 at%為金屬態，25~31.25 at%為半導體
。在半導體區間其能隙值分別為1.86 eV(25 at% NO)、1.57 eV (28.13~ 31.25 at% NO)。證實了先前研究的實驗結果(23 at% N-Ti3O5，Eg=2.77 eV)中看到的半導體電性是由氮摻雜所導致的。並由態密度的結果得知N-Ti3O5能隙的產生，是因為費米面左移至能量較低的空帶位置所導致的。而在中性TiNxOy系統，成功以GGA/PBE(Generalized gradient approximation /Perdew-Burke-Ernzerhof)函數與範數守恆(Norm-conserving)贋勢修正計算文獻中，隨著O/N比不同晶格常數變化與實
驗趨勢不符的現象。在TiNxOy計算結果中，取代型氧位置(ON)較間隙型氧位置(OI)符合先前實驗中隨O/N比增加晶格常數下降的趨勢。且僅控制組成(O/N比)和氧位置(ON、OI)皆無法使TiNxOy產生能隙。加入鈦空位(VTi)後，TiNxOy (ON-VTi)隨VTi濃度增加而ON濃度上升，由金屬轉為半導體並產生晶體結構變形。與先前實驗的研究成果中，TiNxOy隨著O/N增加、鈦濃度下降，產生能隙的趨勢相似。在此，模擬結果提供實驗結果解析一定參據。