CdSe摻雜系統(tǒng)電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的理論研究.pdf

1、近幾十年來(lái)，隨著新型半導(dǎo)體光電材料的發(fā)展和應(yīng)用，Ⅱ-Ⅵ族化合物材料已成為人們研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。硒化鎘(CdSe)是一種性能優(yōu)良的直接帶隙半導(dǎo)體材料，它具有寬的紅外透過(guò)波段、高的激光損傷閾值、寬的禁帶、大的非線性系數(shù)和透明波段適宜的雙折射等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，CdSe的化學(xué)穩(wěn)定性好、不易潮解、機(jī)械強(qiáng)度適中、加工性能好，常被用于制作太陽(yáng)能電池、激光探測(cè)器等。為進(jìn)一步提高CdSe的應(yīng)用價(jià)值、擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，有必要對(duì)CdSe的光學(xué)帶隙進(jìn)行調(diào)節(jié)、改變其導(dǎo)電

2、類型、提高載流子濃度。我們的研究表明，Mg元素?fù)诫sCdSe可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的光學(xué)帶隙，使其光響應(yīng)范圍基本覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)；Ag和In摻雜CdSe可以改變其導(dǎo)電類型，提高載流子濃度。我們的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)符合。
　　 與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的材料設(shè)計(jì)和材料模擬計(jì)算是現(xiàn)代材料科學(xué)研究的重要方法之一。本文應(yīng)用基于密度泛函理論的第一性原理平面波贗勢(shì)計(jì)算方法對(duì)CdSe及其摻雜問(wèn)題進(jìn)行了研究。
　　 論文的主要內(nèi)容如下。
　　 (1)

3、介紹了CdSe的結(jié)構(gòu)、基本性質(zhì)、研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用發(fā)展情況。簡(jiǎn)要介紹了密度泛函理論和ABINIT程序包。
　　 (2)研究了不同結(jié)構(gòu)CdSe系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。分別計(jì)算了閃鋅礦結(jié)構(gòu)，纖鋅礦結(jié)構(gòu)，巖鹽結(jié)構(gòu)和CsCl結(jié)構(gòu)CdSe的能帶、幾何參數(shù)、電子態(tài)密度和內(nèi)聚能。結(jié)果表明，閃鋅礦結(jié)構(gòu)和纖鋅礦結(jié)構(gòu)CdSe為直接帶隙半導(dǎo)體材料；鹽巖結(jié)構(gòu)CdSe為間接帶隙半導(dǎo)體材料；CsCl結(jié)構(gòu)CdSe為半金屬材料。通過(guò)對(duì)這四種結(jié)構(gòu)CdSe的內(nèi)聚能的

4、比較，發(fā)現(xiàn)閃鋅礦結(jié)構(gòu)和纖鋅礦結(jié)構(gòu)CdSe的穩(wěn)定性好；鹽巖結(jié)構(gòu)和CsCl結(jié)構(gòu)CdSe的穩(wěn)定性相對(duì)較差。
　　 (3)研究了Mg摻雜纖鋅礦結(jié)構(gòu)CdSe系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。研究表明，Cd1-xMgxSe系統(tǒng)的價(jià)帶頂主要由Se4p態(tài)決定，其位置基本不隨摻雜濃度改變；導(dǎo)帶底由Se4s態(tài)和Cd5s態(tài)共同決定，并隨摻雜濃度的增加向高能區(qū)移動(dòng)，結(jié)果使得帶隙展寬，系統(tǒng)介電函數(shù)虛部的峰值和折射率實(shí)部的峰值向高能區(qū)移動(dòng)。
　　 (4)研

5、究了Ag、In摻雜閃鋅礦結(jié)構(gòu)CdSe系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。研究表明，Ag摻雜為p型摻雜，Ag4d電子和Se4p電子軌道雜化，提供受主雜質(zhì)能級(jí)，雜質(zhì)能級(jí)距價(jià)帶頂約0.211eV，為深受主能級(jí)。In摻雜為n型摻雜，In5s態(tài)提供施主雜質(zhì)能級(jí)，雜質(zhì)能級(jí)位于禁帶的中心附近，為深施主能級(jí)。與純CdSe相比，兩種摻雜系統(tǒng)的帶隙均變小，吸收邊都有明顯的紅移。特別地，Ag摻雜系統(tǒng)在2.1eV(590nm)出現(xiàn)了新的吸收峰，在黃光區(qū)的吸收明顯增強(qiáng)，這