閃鋅礦硫族化合物中的無序雜質的電子結構研究.pdf

1、閃鋅礦結構硫族化合物半導體具有優(yōu)異的光電性能，吸引了大批研究者的關注，是半導體器件和太陽能電池領域的重點研究對象。無序分布的雜質和缺陷對這類半導體的能帶結構和有效質量等電輸運性質有重要的影響，對其進行系統(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構光電材料Cu1-xAgxGaX2(X=S，Se)中的無序摻雜對能帶結構和有效質量的影響，其中Cu/Ag原子位置的無序分布使用特殊

2、準隨機結構(SQS)方法進行模擬。通常情況下，由于交換關聯勢的不準確，第一性原理計算會大幅度低估半導體能隙。本文采用的修正局域密度近似方法(LDA+C)可以相對經濟地對能帶結構進行有效修正。此外，本文中輸運性質相關的計算均是基于修正后的能帶結構。
　　本文的研究結果表明，具有無序黃銅礦結構的硫化物半導體材料和硒化物半導體材料均出現了能隙反?，F象，即AgGaX2(X=S，Se)化合物半導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)時分別出現局域最小值和最大值。并且，通過研究的詳細能帶結構闡釋了在基態(tài)發(fā)生間接躍遷時所需的光子動量。為了進一步理解Cu1-xAgxGaX2(X=

4、S，Se)系列半導體材料的輸運性質，筆者計算了該系列合金的有效質量(EM)，研究得到了EM與無序Ag離子濃度x之間的關系。最后，對Cu1-xAgxGaSe2化合物的靜電勢與能帶偏移進行了相關研究，其研究結果表明Ag離子的摻入將導致半導體的靜電勢降低;構成異質結半導體兩側的半導體原子層數的測試結果有:異質結兩邊各取4個周期半導體結構足夠屏蔽異質結界面之間的相互影響。
　　本論文通過在CuGaX2(X=S，Se)硫族化合物半導體材料中