氧化鋅p型摻雜系統(tǒng)的第一性原理研究.pdf

1、ZnO作為一種寬禁帶多功能半導(dǎo)體，擁有良好的光電特性，在太陽能電池、化學(xué)傳感器、聲表面波器件、壓敏傳感器件以及發(fā)光器件等領(lǐng)域具有非常好的開發(fā)和應(yīng)用前景。事實(shí)上，由于O空位及Zn間隙原子等本征缺陷的存在，ZnO晶體表現(xiàn)出n型導(dǎo)電性，因此對ZnO的n型摻雜并不難做到，而p型ZnO半導(dǎo)體則難以生成且其穩(wěn)定性不好，阻礙了ZnO材料在光電領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展，因此ZnO的p型摻雜問題受到了極為廣泛的關(guān)注。通常，人們選擇Li、Na、K等I族元素或者

2、N、P、As等V族元素作為p型ZnO的摻雜元素。在I族元素中，Li摻雜ZnO問題已引起人們的重視，目前雖然已有不少關(guān)于Li摻雜ZnO的實(shí)驗(yàn)研究，但從理論上系統(tǒng)研究不同濃度Li摻雜ZnO體系的工作還未見報(bào)道；而V族元素N摻雜ZnO的溶解度比較低，穩(wěn)定性也不高。研究表明，通過Li、N雙受主共摻ZnO可以提高空穴濃度，比N或Li單獨(dú)摻雜更容易得到穩(wěn)定的p型ZnO半導(dǎo)體，但已有的研究多側(cè)重于實(shí)驗(yàn)方面，理論方面的研究還不多，特別是關(guān)于N和Li共摻

3、系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)的理論研究還未曾有人涉足。我們的主要工作是運(yùn)用第一性原理方法對纖鋅礦ZnO的p型摻雜問題進(jìn)行理論研究。
　　論文的主要內(nèi)容包括：
　?。?）概括介紹了ZnO的晶體結(jié)構(gòu)、電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)及其摻雜問題的研究進(jìn)展情況；討論了密度泛函理論以及以該理論為基礎(chǔ)的計(jì)算工具——ADF程序包。
　　（2）計(jì)算了Li摻雜ZnO系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明，Li替代Zn在價(jià)帶頂引入了受主能級，使得價(jià)帶頂上移，同時(shí)導(dǎo)帶底

4、有更多的上移，導(dǎo)致帶隙隨著摻雜濃度的增加而線性增大，吸收邊逐漸向短波方向移動(dòng)。與純ZnO相比，Li代Zn摻雜系統(tǒng)在高能區(qū)光學(xué)性質(zhì)大致相同，而在低能區(qū)則有著非常明顯的變化。由于引入了雜質(zhì)能級，摻雜系統(tǒng)在可見光區(qū)附近產(chǎn)生了新的吸收峰，說明適度摻雜可以提高系統(tǒng)對可見光的吸收率，改善系統(tǒng)的光催化特性。
　?。?）計(jì)算了 Li-N共摻雜ZnO系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明，N單獨(dú)摻雜時(shí)，由于雜質(zhì)能帶較窄，空穴載流子局域化程度高，導(dǎo)致N摻