ZnS摻雜系統(tǒng)電子結構和光學性質的理論研究.pdf

1、1990年之前，以硅（Si）、鍺（Ge）為主元素的第一代半導體材料占統(tǒng)治地位。隨著信息時代的來臨，對信息的存儲、傳輸及處理的要求越來越高，以砷化鎵（GaAs）為代表的第二代化合物半導體材料顯示出了巨大的優(yōu)越性。而目前以寬禁帶為主要特征的第三代半導體材料，如氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、金剛石（C）、硫化鋅（ZnS）等，由于其更加優(yōu)越的物理、化學特性而受到了人們的廣泛關注。其中，ZnS對襯底沒有特別的要求，容易成膜，價廉、無毒性，且

2、具有優(yōu)良的光電性能，已成為一個研究熱點。 ZnS是Ⅱ—Ⅵ族半導體材料，具有閃鋅礦和纖鋅礦兩種不同的結構，禁帶寬（3.68eV）。對ZnS進行摻雜可以改變其導電性能、提高發(fā)光效率、發(fā)光質量和擴展發(fā)射光譜范圍，以適應不同的實際需要。與計算機技術相結合的材料計算和設計是現(xiàn)代材料科學研究的重要方法。本文中，我們應用基于密度泛函理論的第一性原理方法對閃鋅礦ZnS不同摻雜情況的電子結構和光學性質進行研究。 論文的主要內容如下：

3、 （1）介紹了ZnS的結構、基本性質、研究現(xiàn)狀和應用情況。討論了我們的計算工具—CASTEP及其理論基礎。 （2）研究了純ZnS的電子結構和光學吸收。計算了ZnS系統(tǒng)的能帶結構、幾何參數(shù)、電子態(tài)密度和吸收光譜。結果表明，ZnS為直接禁帶半導體材料，其帶隙為3.68eV。純ZnS在能量低于4eV的范圍內幾乎沒有吸收；由于價帶與導帶間的躍遷，在3.6eV（345nm）附近有強的帶邊吸收；吸收主峰位于8.3eV附近。 （3

4、）研究了Al、Ag摻雜ZnS系統(tǒng)的電子結構和光學性質。計算了兩種摻雜系統(tǒng)的能帶結構、幾何參數(shù)、電子態(tài)密度和吸收光譜，并對結果進行了對比分析。結果表明，Al摻雜為n型摻雜，摻雜后發(fā)生了Mott轉變，系統(tǒng)從半導體變?yōu)榻饘?；Ag摻雜為p型摻雜。摻雜后兩種系統(tǒng)的帶隙都變小，吸收邊紅移，并且在2.3eV（540nm）附近都出現(xiàn)了新的吸收峰，在可見光區(qū)有較強的吸收。 （4）研究了不同3d過渡金屬摻雜對ZnS電子結構和光學性質的影響。計算了不