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(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能為60meV?？梢詮V泛應(yīng)用于紫外、綠光、藍(lán)光等多種發(fā)光器件以及光電顯示、光電轉(zhuǎn)化、光電探測(cè)、場(chǎng)效應(yīng)管、壓電器件等諸多領(lǐng)域。理論計(jì)算各種稀磁半導(dǎo)體材料居里溫度，表明在寬禁帶氧化物半導(dǎo)體ZnO中摻入過(guò)渡金屬離子，可能制備出具有室溫鐵磁性的稀磁半導(dǎo)體材料。目前，對(duì)過(guò)度金屬Fe、Co、Ni、Mn摻雜ZnO薄膜實(shí)驗(yàn)制備的成功案例已經(jīng)數(shù)不勝數(shù)，然而對(duì)這種材料

2、的磁性起源機(jī)理還存在著很大爭(zhēng)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(jié)構(gòu)關(guān)系，尤其是Co原子對(duì)位置與總能量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)Co摻雜ZnO幾何結(jié)構(gòu)模型中Co原子對(duì)位置與總能量存在一定規(guī)律，可以簡(jiǎn)化仿真計(jì)算的模型數(shù)量，并設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理論驗(yàn)證。對(duì)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(jìn)行研究，對(duì)模型總能量、電子結(jié)構(gòu)

3、和磁學(xué)性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)分析。從摻雜濃度角度研究了不同Co雜質(zhì)濃度對(duì)ZnO電子結(jié)構(gòu)和磁性能的影響。通過(guò)對(duì)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(jié)構(gòu)討論分析了Co摻雜ZnO的磁性起源機(jī)理。
　　通過(guò)本文的研究，首次對(duì)規(guī)則晶體的仿真建模給出了一個(gè)比較科學(xué)合理的建模方法。對(duì)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(duì)Co摻雜ZnO材料的磁性能具有重要影響。理論分析預(yù)測(cè)Co與C共摻雜ZnO模型的材料具有超