ZnO電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究.pdf

1、ZnO作為一種新型的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于紫外發(fā)光器件、變阻器、表面聲波器件、壓電傳感器、透明電極等領(lǐng)域。ZnO的室溫禁帶寬度大（3.37eV)，激子束縛能(60meV)高，使得它在光電領(lǐng)域有巨大應(yīng)用潛力，從而受到了人們的高度重視。
　　ZnO本征點(diǎn)缺陷機(jī)制復(fù)雜，目前，對(duì)于ZnO的缺陷能級(jí)位置和占主導(dǎo)地位的缺陷機(jī)制存在廣泛的爭(zhēng)議；ZnO：Al薄膜已經(jīng)被廣泛的研究，但是對(duì)于摻 Al機(jī)制以及摻Al濃度的影響缺乏理論計(jì)算的

2、支持；ZnO受主摻雜困難，受主摻雜的機(jī)制還需要更多的理論支持，尤其對(duì)于Li-N共摻機(jī)制還沒(méi)有充分的理論研究。本文采用基于密度泛函理論框架下的第一性原理平面波贗勢(shì)方法，通過(guò)對(duì)電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算和討論，研究了ZnO的本征缺陷機(jī)制、摻雜改性等性質(zhì)。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　一、計(jì)算了理想化學(xué)配比ZnO的電子結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算了本征缺陷Zni、Oi、VZn、VO對(duì)ZnO電子結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：ZnO是一種直接禁帶半導(dǎo)體材料，導(dǎo)帶底和

3、價(jià)帶頂都位于布里淵區(qū)G點(diǎn)處，計(jì)算的禁帶寬度為1.2eV，比實(shí)驗(yàn)值偏低，但是不影響對(duì)ZnO電子結(jié)構(gòu)的分析；Zn空位在價(jià)帶頂引入受主能級(jí)，O填隙在價(jià)帶頂引入受主能級(jí)同時(shí)在導(dǎo)帶底引入施主能級(jí)，Zn填隙在導(dǎo)帶底引入淺施主能級(jí)，O空位在導(dǎo)帶底引入深施主能級(jí)，因此Zn填隙是導(dǎo)致本征ZnO呈現(xiàn)n型導(dǎo)電性的主要原因。
　　二、計(jì)算了不同摻Al機(jī)制和不同摻Al濃度ZnO的電子結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：Al填隙產(chǎn)生深能級(jí)缺陷態(tài)；Al替位產(chǎn)生淺施主能級(jí)，并可以展

4、寬光學(xué)帶隙，而且隨替位摻Al濃度提高，光學(xué)帶隙進(jìn)一步展寬；而高的替位摻Al濃度也會(huì)產(chǎn)生深能級(jí)缺陷。
　　三、計(jì)算了ZnO中單摻Li、單摻N和Li、N共摻的電子結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：Li替位能形成淺受主能級(jí)，但是受主摻雜效率不高，而且單摻Li容易形成Li填隙，引入施主能級(jí)，具有強(qiáng)烈的自補(bǔ)償效應(yīng)，單摻N會(huì)產(chǎn)生窄的深受主能級(jí)，局域化嚴(yán)重，導(dǎo)致?lián)饺氲腘原子活性差，固溶度低，單摻Li和單摻N都不利于制備高質(zhì)量p型ZnO薄膜；Li-N共摻模型中，L