閃鋅礦硫族化合物中的無序雜質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、閃鋅礦結(jié)構(gòu)硫族化合物半導(dǎo)體具有優(yōu)異的光電性能，吸引了大批研究者的關(guān)注，是半導(dǎo)體器件和太陽能電池領(lǐng)域的重點研究對象。無序分布的雜質(zhì)和缺陷對這類半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)和有效質(zhì)量等電輸運(yùn)性質(zhì)有重要的影響，對其進(jìn)行系統(tǒng)研究具有較大的理論意義與實際意義。
　　本論文采用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法研究了黃銅礦結(jié)構(gòu)光電材料Cu1-xAgxGaX2(X=S，Se)中的無序摻雜對能帶結(jié)構(gòu)和有效質(zhì)量的影響，其中Cu/Ag原子位置的無序分布使用特殊

2、準(zhǔn)隨機(jī)結(jié)構(gòu)(SQS)方法進(jìn)行模擬。通常情況下，由于交換關(guān)聯(lián)勢的不準(zhǔn)確，第一性原理計算會大幅度低估半導(dǎo)體能隙。本文采用的修正局域密度近似方法(LDA+C)可以相對經(jīng)濟(jì)地對能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效修正。此外，本文中輸運(yùn)性質(zhì)相關(guān)的計算均是基于修正后的能帶結(jié)構(gòu)。
　　本文的研究結(jié)果表明，具有無序黃銅礦結(jié)構(gòu)的硫化物半導(dǎo)體材料和硒化物半導(dǎo)體材料均出現(xiàn)了能隙反?，F(xiàn)象，即AgGaX2(X=S，Se)化合物半導(dǎo)體材料的能隙值大于CuGaX2(X=S，Se)

3、的能隙值。Cu1-xAgxGaSe2系列硒化物半導(dǎo)體合金的能隙值的修正范圍為1.63eV到1.78eV;Cu1-xAgGaS2系列硫化物半導(dǎo)體材料的能隙值修正范圍為2.33eV-2.64eV。此外，硫化物和硒化物系列半導(dǎo)體合金的能隙值都在Ag離子濃度為50％(x=0.5)和100％(x=1.0)時分別出現(xiàn)局域最小值和最大值。并且，通過研究的詳細(xì)能帶結(jié)構(gòu)闡釋了在基態(tài)發(fā)生間接躍遷時所需的光子動量。為了進(jìn)一步理解Cu1-xAgxGaX2(X=

4、S，Se)系列半導(dǎo)體材料的輸運(yùn)性質(zhì)，筆者計算了該系列合金的有效質(zhì)量(EM)，研究得到了EM與無序Ag離子濃度x之間的關(guān)系。最后，對Cu1-xAgxGaSe2化合物的靜電勢與能帶偏移進(jìn)行了相關(guān)研究，其研究結(jié)果表明Ag離子的摻入將導(dǎo)致半導(dǎo)體的靜電勢降低;構(gòu)成異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體兩側(cè)的半導(dǎo)體原子層數(shù)的測試結(jié)果有:異質(zhì)結(jié)兩邊各取4個周期半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)足夠屏蔽異質(zhì)結(jié)界面之間的相互影響。
　　本論文通過在CuGaX2(X=S，Se)硫族化合物半導(dǎo)體材料中