Au-Bi摻雜碲鎘汞材料的第一性原理研究.pdf

1、近年來，隨著碲鎘汞紅外焦平面技術(shù)的不斷發(fā)展，其結(jié)構(gòu)和光電特性引起了人們的廣泛關(guān)注。但是，器件的探測(cè)精度仍然受到材料的電學(xué)性能、面積和均勻性等參數(shù)的限制。碲鎘汞具有本征載流子濃度低、表面態(tài)密度低、光學(xué)吸收系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)，是一種重要且常見的紅外探測(cè)器材料。碲鎘汞n型摻雜可以很容易的通過In原位取代Hg獲得，并能獲得很高載流子濃度。但是，目前可控的碲鎘汞p型摻雜仍然是碲鎘汞探測(cè)器技術(shù)發(fā)展的瓶頸。Au在碲鎘汞材料中擴(kuò)散系數(shù)較低，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性

2、，并且Au雜質(zhì)在碲鎘汞的價(jià)帶頂端形成雜質(zhì)能級(jí)，Au充當(dāng)受主，因此，Au是一種有效的p型摻雜劑。Cd的組分x對(duì)碲鎘汞材料的電子結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)具有重要的影響。但是Au摻雜碲鎘汞材料的成鍵機(jī)制、電學(xué)性質(zhì)與Cd的組分x之間的關(guān)系仍未得到深入的研究。V族元素Bi，在碲鎘汞中表現(xiàn)出兩性的摻雜特性，即取代陽(yáng)離子時(shí)為n型摻雜，取代陰離子時(shí)為p型摻雜。因此采用第一性原理計(jì)算的方法研究Bi在碲鎘汞材料中的摻雜效應(yīng)非常必要。
　　本文采用基于密度泛函的

3、第一性原理計(jì)算方法，采用先進(jìn)的雜化泛函方法，對(duì)Hg1-xCdxTe、Au摻雜Hg1-xCdxTe(x=0.25，x=0.5，x=0.75)以及Bi摻雜Hg0.75Cd0.25Te相關(guān)的性質(zhì)做了模擬計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果系統(tǒng)地研究了組分x對(duì)Au摻雜碲鎘汞材料的相關(guān)性質(zhì)的影響，同時(shí)對(duì)Bi在碲鎘汞材料中的摻雜效應(yīng)進(jìn)行了細(xì)致的研究。文中我們主要分兩部分對(duì)Au摻雜Hg1-xCdxTe及Bi摻雜碲鎘汞相關(guān)的性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算和分析。
　　(1)采用第

4、一性原理計(jì)算方法分別計(jì)算了Hg1-xCdxTe以及Au摻雜Hg1-xCdxTe(x=0.25，x=0.5，x=0.75)的結(jié)構(gòu)弛豫、電荷密度、電子局域函數(shù)、態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)，以分析摻雜的穩(wěn)定性和有效性。Au在三種組分的碲鎘汞中都具有一定的穩(wěn)定性，并且Au原子與第一鄰近Te原子的成鍵強(qiáng)度隨著組分x的增加呈現(xiàn)減弱趨勢(shì)。另一方面，Au摻雜三種組分的碲鎘汞在價(jià)帶頂端都形成了淺雜質(zhì)能級(jí)，表現(xiàn)出良好的p型摻雜性質(zhì)。Au原子的摻入對(duì)組分x=0.25、

5、x=0.5這兩種組分的價(jià)帶頂端作用較為明顯，更容易形成p型摻雜。此外，Au摻雜三種組分碲鎘汞的帶隙寬度與組分x之間的表現(xiàn)為近似線性關(guān)系，并擬合出二者之間的線性關(guān)系式。
　　(2)采用第一性原理計(jì)算方法計(jì)算了Bi摻雜Hg0.75Cd0.25Te的結(jié)構(gòu)弛豫、電荷密度、電子局域函數(shù)、態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)和能帶分解電荷密度，以分析Bi摻雜的穩(wěn)定性和有效性。研究表明Bi摻雜導(dǎo)致的兩種缺陷結(jié)構(gòu)中都具有一定的穩(wěn)定性。Bi在Hg0.75Cd0.25T