【摘 要】
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透明导电氧化物(TCO)薄膜在平板显示器、太阳能电极、传感器以及低辐射玻璃等行业的应用十分广泛,具有重要的研究意义及实用价值。随着实际应用中新需求的不断涌现,人们不再满足于现有TCO薄膜的性能,试图找到一种新的方法进一步提高薄膜的载流子迁移率,其中通过构建异质结构来提高体系的载流子迁移率是一种行之有效的方法。本文使用第一性原理计算分析了本征(TO)、F掺杂(FTO)、Nb掺杂(NTO)、Nb/F共
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透明导电氧化物(TCO)薄膜在平板显示器、太阳能电极、传感器以及低辐射玻璃等行业的应用十分广泛,具有重要的研究意义及实用价值。随着实际应用中新需求的不断涌现,人们不再满足于现有TCO薄膜的性能,试图找到一种新的方法进一步提高薄膜的载流子迁移率,其中通过构建异质结构来提高体系的载流子迁移率是一种行之有效的方法。本文使用第一性原理计算分析了本征(TO)、F掺杂(FTO)、Nb掺杂(NTO)、Nb/F共掺杂(NFTO)SnO2表面结构以及单层SnSe2的光学与电学性能,并深入分析了通过构建SnO2/SnSe2异质结构提高体系载流子迁移率的原理。研究结果表明:本征及掺杂SnO2表面结构和单层SnSe2均为间接带隙半导体。由于掺杂元素的引入SnO2的带隙值减小且能带结构整体下移。五种表面结构的带隙值分别为2.80、2.01、2.55、1.38以及1.41 e V,载流子迁移率分别为276.2、216.94、172.98、107.77和70.96 m~2·S-1·V-1,光学透过率均在85%以上。通过构建本征及掺杂SnO2/SnSe2异质结构能够提高体系内载流子的迁移率,对异质结构的电荷分布分析以及对其载流子迁移率的计算分析可知,异质结构内部存在的电势差会使体系内部的电子向着界面处或SnSe2处转移,处于界面处的电子会在界面间隙内形成二维电子气(2-DEG)并在界面处高速移动,从而提高了载流子的迁移率,而处于SnSe2处的电子由于没有杂质离子散射的影响迁移率也相应提高,四种不同掺杂类型异质结构的载流子迁移率分别为772.82、5286.04、2478.9和17724.6 m~2·S-1·V-1,光学透过率在70%以上。对能带排列的分析可知,四种不同掺杂类型的异质结构均为II型半导体,使得异质结构的带隙值减小,但是带隙的减小会使价带顶的电子更容易跃迁到导带底,从而提升体系的电学性能。
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