SrTiO3空位缺陷及替位摻雜的第一性原理計算.pdf

1、SrTiO3是一種鈣鈦礦金屬氧化物絕緣體，它被廣泛用于晶界電容器、氧敏傳感器、光開關(guān)、生長高溫超導(dǎo)薄膜的襯底，作為高電容率材料在超晶格和下一代超大規(guī)模集成器件中具有潛在的應(yīng)用價值。目前，對SrTiO3電子結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)化摻雜、導(dǎo)電模型、缺陷態(tài)、表面/界面態(tài)等方面已有了不少的理論和實驗研究。其中對于n型摻雜前人研究較多，對于p型摻雜和各種空位缺陷研究較少。本文采用基于密度泛函理論框架下的第一性原理軟件VASP，對SrTiO3材料的電子結(jié)構(gòu)、本

2、征缺陷、摻雜改性進行研究，所用軟件為VASP（Vienna Ab-initio Simulation Package）軟件包。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下： 一、系統(tǒng)地計算了SrTiO3幾何和電子結(jié)構(gòu)，包括晶體結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度。計算結(jié)果表明SrTiO3是一種間隙半導(dǎo)體。比較總態(tài)密度和各原子得分波態(tài)密度可知，價帶頂（R點）電子主要由O2p態(tài)電子提供，導(dǎo)帶底（Γ點）電子主要由Ti3d提供。 二、系統(tǒng)地計算了不同空位濃度下Sr

3、TiO3-X，Sr1-XTiO3和SrTi1-XO3（X=0．125，0．25，0．33）的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，包括晶格常數(shù)，能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、分波態(tài)密度。結(jié)果表明：通過引入O空位，使體系費米能級進入導(dǎo)帶中。并且隨著空位濃度的增大，進入到導(dǎo)帶中的位置越深，屬于n型摻雜，在禁帶中產(chǎn)生了缺陷能級；引入Sr空位或Ti空位后，體系的費米能級進入到價帶中，并且隨著空位濃度的增大，進入到價帶中的位置越深，屬于p型摻雜，在價帶頂附近引入了缺陷能級。三

4、種空位的引入，都使體系從絕緣性向金屬性轉(zhuǎn)變，其中Ti空位對體系導(dǎo)電性改善效果最好。 三、研究了不同摻雜濃度替位摻雜對SrTiO3幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果顯示Y替位Sr摻雜屬于n型摻雜，體系Sr1-xYxTiO3（X=0．125，0．25，0．33）的費米能級進入導(dǎo)帶中，在導(dǎo)帶底出現(xiàn)大量由摻雜原子貢獻的自由載流子-電子，明顯提高了電導(dǎo)率，改善了SrTiO3的導(dǎo)電性能。In或Al替位Ti摻雜為p型摻雜，體系SrTi1-XInx