Al,Si掺杂对CdSe光电性质影响的第一性原理研究

来源 :西华师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jason19829413
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硒化镉(CdSe)是用途最广泛、生产量最大的化合物半导体材料之一,它具有优良的光电特性。纤锌矿结构的CdSe更是一种重要的室温探测器材料。为进一步提高纤锌矿CdSe的应用价值,扩展其应用范围,有必要对纤锌矿CdSe的光学带隙进行调节、改良其导电类型。本文采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,对Al,Si单掺及Al-Si共掺纤锌矿CdSe的电子结构以及光学性质进行了研究。结果如下:(1)对Cd0.9722Al0.0278Se超胞,Cd0.9722Si0.0278Se超胞和Cd0.9444Al0.0278Si0.0278Se超胞的形成能进行了计算,结果表明,Cd0.9722Al0.0278Se超胞的稳定性最好,其次是Cd0.9444Al0.0278Si0.0278Se超胞,Cd0.9722Si0.0278Se超胞的形成能最大,掺杂最不容易,稳定性最差。(2)掺入杂质后,体系禁带宽度均减小,费米能级进入导带,体系由n型半导体转变为n型简并半导体。相比Si单掺和Al-Si共掺体系,Cd0.9722Al0.0278Se超胞中,杂质原子与Se原子的键合作用最强,体系最稳定,与形成能的分析相一致。(3)计算得到Si单掺CdSe的电阻最大,其次是Al单掺和Al-Si共掺;Al-Si共掺体系的光学带隙最大,其次是Al单掺和Si单掺。较大的光学带隙和较高的电阻有利于提高纤锌矿CdSe的探测性能,再结合稳定性,Al单掺CdSe更适用于探测材料。(4)无论掺杂前后,其吸收区域都集中在紫外区域。掺入杂质后,CdSe的吸收强度减弱,吸收曲线整体向低能方向发生红移,对CdSe在可见光和红外区域的折射率影响较大,紫外区域的最大能量损失骤降,且Al-Si共掺体系的能量损失最小。在紫外区域,尤其是Al-Si共掺体系,其吸收系数和反射率较低,这实际上表明了其在紫外区域的高透过率。总的来说,Al、Si掺杂对纤锌矿CdSe在紫外光学材料的研发上有一定的指导意义。
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