基于第一性原理的ZnO材料的計算機(jī)模擬計算.pdf

1、本文首先闡述了在現(xiàn)有的發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)及信息資源之下應(yīng)該如何進(jìn)行一個完整的材料設(shè)計及計算分析的全部過程。設(shè)計的目標(biāo)是圍繞半導(dǎo)體材料ZnO的特性——光學(xué)屬性、電子結(jié)構(gòu)及摻雜后的電子結(jié)構(gòu)對比分析。本文中著重分析比較了Materials studio，VASV,Materials Explorer等材料計算軟件的功能原理、應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點分析。選擇出適合目標(biāo)計算的軟件——Materials studio。 本文接下來對ZnO的特性及其摻雜機(jī)

2、理進(jìn)行研究，為利用軟件進(jìn)行材料分析模擬打下理論基礎(chǔ)。首先熟悉了ZnO在氣敏特性、光性能、化學(xué)性能、半導(dǎo)體性能方面的具體應(yīng)用，接下來對其制備方法有了一定的了解。最后對ZnO本征缺陷進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對n型摻雜和p型摻雜做了詳細(xì)討論。同時介紹了不同類型的摻雜元素在ZnO的n型及p型摻雜中的效果以及實驗室的一般的制備方法和實現(xiàn)的難易程度。在對p型摻雜各種方法熟悉之后，結(jié)合實驗制備方法的實現(xiàn)，引入了共摻雜理論，在此理論基礎(chǔ)上預(yù)測了幾種N、Ga

3、的共摻雜結(jié)構(gòu)。 本文中的計算利用的是Materials studio軟件中的CASTEP模塊基于密度泛函理論的廣義梯度近似算法(GGA)。采用基于第一性原理的超軟贗勢方法，首先進(jìn)行了ZnO的光學(xué)屬性的計算。利用計算結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比判斷出了利用軟件模擬計算的正確性，并且分析計算產(chǎn)生誤差的原因。用同樣的方法，先對純凈的．ZnO的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，先判斷軟件計算的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步再進(jìn)行摻雜結(jié)構(gòu)的計算。在軟件中建立通過理論預(yù)測得到的