摻雜SnO-,2-的電子結構、光學與磁學性質的第一性原理計算.pdf

1、SnO2是寬帶隙半導體材料，被廣泛應用于光電器件中。本論文中，利用基于密度泛函理論的第一性原理，一方面計算了SnO2和Sb摻雜SnO2的電子結構與光學性質，并討論了氧空位對其電子結構與光吸收系數的影響；另一方面計算了Mn摻雜SnO2的磁性，并通過在超晶胞中摻雜第二種元素來增加載流子濃度，討論了不同的載流子(電子和空穴)對Mn：SnO2磁性的影響。
　　 計算結果表明，純的SnO2是一個直接帶隙半導體，費米能級位于帶隙中，在電子結

2、構上表現出絕緣體特性。當用一個Sb原子替代一個Sn原子之后，費米能級上移到導帶中，表現出類金屬的能帶結構。當Sb和氧空位(Ov)都出現在超晶胞中之后，費米能級依然位于導帶之中，同時，氧空位的引入使價帶頂分離出來一些雜質帶，這些雜質帶使光學帶隙變窄。對于光學性質，雜質Sb的引入使得SnO2晶體在可見光區(qū)出現一定程度的吸收，并且氧空位的引入加強了這種吸收。
　　 對于Mn摻雜的SnO2，發(fā)現Mn離子的自旋平行與反平行排列時體系的能量

3、幾乎相等，這也許就是實驗上不同研究組觀察到Mn摻雜的SnO2樣品出現不同磁狀態(tài)的原因。構造了自旋平行排列的Mn摻雜SnO2超晶胞，計算結果發(fā)現電子結構發(fā)生自旋劈裂，超晶胞的磁矩主要由Mn原子提供，另外，Mn原子周圍的氧原子也被極化了，產生了一定量的磁矩。通過在Mn摻雜SnO2的超晶胞中摻雜Sb和Cu原子來增加電子和空穴載流子的濃度，發(fā)現超晶胞和單個Mn原子都出現磁矩變小的現象，這說明載流子對磁矩有破壞作用，認為Mn摻雜的SnO2體系中出