IA族和V族元素双受主共掺杂对ZnO电子结构和光学特性的影响

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ZnO是一种宽禁带半导体材料,广泛应用于纳米材料、PN结材料、化学添加剂、透明P型导电薄膜、透明电极、紫外器件等领域。常温下ZnO的禁带宽度为3.37eV,激子结合能为60meV,使得它在光电应用上有巨大的潜力,从而引起了人们更为广泛的重视。本文采用第一性原理的方法,对IA族和V族元素双受主共掺杂对ZnO电子结构和光学特性等进行研究,用以对材料性能的改良与优化,为发展新型光电子材料提供理论依据。主要内容如下:1、Li-N掺杂ZnO的电子结构和光学性质的研究。利用第一性原理平面波超软赝势方法计算了掺杂前后ZnO体系的电子结构和光学性质变化特性,计算了本征ZnO和Li-N掺杂ZnO的晶体结构、能带结构、电子态密度、介电函数、吸收系数。结果显示: Li-N掺杂氧化锌是可行的,Li-N掺入ZnO后,能级普遍发生分裂,掺杂氧化锌进入费米能级较浅,同时能带在-2eV到-0.5eV较密。掺杂后体系的光学性质发生了明显的变化,吸收峰高度下降的同时向高能方向移动,并且出现了新的吸收峰;介电函数虚部的波峰也有不同程度的增强和减弱,静态介电常数ε(0)增大。2、Na-2N掺杂ZnO的电子结构和光学性质的研究。利用第一性原理平面波超软赝势方法计算了掺杂前后ZnO体系的电子结构和光学性质变化特性,计算了本征ZnO和Na-2N掺杂ZnO的晶体结构、能带结构、电子态密度、介电函数、吸收系数。研究结果显示:Na-2N掺杂ZnO比较稳定,Na-2N掺入ZnO后能级分裂,受主能级出现在比较浅的价带顶部,形成了比较浅的受主能级,带隙变窄,费米能级移动到价带顶部,形成了导电性质优良的p型半导体,形成了新的吸收峰,同时向高能方向移动;介电函数虚部峰值有些消失、有些提高,而静态介电常数ε(0)会增加数倍,在理论上为我们研究电密度高与折射率高的材料提供了一些有益的帮助。
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