铝掺杂氧化锌半导体结构及光电特性

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuxiangyuzhucendsc
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氧化锌材料因其具有独特的物理和化学性质,在光电子器件、传感和催化等领域的应用前景非常广阔,成为目前的研究热点之一。ZnO具有宽禁带、高激子束缚能、优异光电性质等优点,是一种重要的多功能材料,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究 ZnO的几何构型以及能带结构,阐明Al掺杂ZnO、C掺杂ZnO及Al/C共掺杂ZnO电子结构、光学性质。并从电子层次上揭示掺杂作用的微观机理。  人们对氧化锌半导体材料已经做了许多的研究工作,并且在理论与实验上都取得了一定的成果。但实验结果分歧相对较多,对材料性能与起源机理的理论解释还存在某些争议,因此仍有需要继续深入研究的意义,从这些方面来讲,本研究具有一定的学术价值。  本文利用Material Studio软件中的castep模块计算了本征氧化锌材料和掺杂氧化锌。论文中建立的晶胞模型为2×2×2的超晶胞。利用第一性原理研究了本征氧化锌及掺杂氧化锌半导体材料的光学性质和电学性质。在计算掺杂氧化锌时分别建立了铝原子替代锌原子、碳原子替代氧原子以及铝碳共掺杂的三个模型。  主要分析了各模型的能带结构、态密度、介电函数及吸收系数。当引入铝元素后体系的直接带隙减小了0.101eV。当掺杂碳元素之后氧化锌的费米能级向导带方向移动。掺入铝元素后紫外吸收波长向着短波的方向移动。同时掺入铝和碳紫外吸收波长向着长波的方向移动。并且,铝元素掺入氧化锌和碳元素掺入氧化锌在低能范围内都有了新吸收峰的出现。
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