鈷摻雜氧化鋅的第一性原理研究.pdf

1、ZnO是一種Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶直接帶隙化合物半導體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能為60meV。可以廣泛應用于紫外、綠光、藍光等多種發(fā)光器件以及光電顯示、光電轉化、光電探測、場效應管、壓電器件等諸多領域。理論計算各種稀磁半導體材料居里溫度，表明在寬禁帶氧化物半導體ZnO中摻入過渡金屬離子，可能制備出具有室溫鐵磁性的稀磁半導體材料。目前，對過度金屬Fe、Co、Ni、Mn摻雜ZnO薄膜實驗制備的成功案例已經(jīng)數(shù)不勝數(shù)，然而對這種材料

2、的磁性起源機理還存在著很大爭議。
　　本文采用基于密度泛理論(DFT)的第一性原理方法，用體系總能量是否相等作為判據(jù)，研究不同Co摻雜ZnO模型的幾何結構關系，尤其是Co原子對位置與總能量的關系，發(fā)現(xiàn)Co摻雜ZnO幾何結構模型中Co原子對位置與總能量存在一定規(guī)律，可以簡化仿真計算的模型數(shù)量，并設計仿真實驗進行理論驗證。對Co摻雜ZnO模型、包含氧空位缺陷的Co摻雜ZnO模型和Co與C共摻雜ZnO模型進行研究，對模型總能量、電子結構

3、和磁學性質進行系統(tǒng)分析。從摻雜濃度角度研究了不同Co雜質濃度對ZnO電子結構和磁性能的影響。通過對比不含氧空位和包含氧空位缺陷的Co摻雜ZnO模型的電子結構討論分析了Co摻雜ZnO的磁性起源機理。
　　通過本文的研究，首次對規(guī)則晶體的仿真建模給出了一個比較科學合理的建模方法。對比Co摻雜ZnO模型和包含氧空位缺陷的Co摻雜ZnO模型發(fā)現(xiàn)氧空位對Co摻雜ZnO材料的磁性能具有重要影響。理論分析預測Co與C共摻雜ZnO模型的材料具有超