论文部分内容阅读
氧化锌(ZnO)是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族多功能直接带隙化合物半导体材料,室温下禁带宽度为3.37eV,激子束缚能高达60meV。在晶格特性和能带结构方面与GaN有许多相似之处,拥有可以比拟的光电特性,而且还具有更高的激子束缚能以及较低的生长温度,被认为是有望取代GaN的新一代短波长光电子材料,因而成为半导体材料科研领域的一个热门课题。
一般情况下,材料的表面电子态会和体态呈现出许多不同的特征,如表面局域态、共振态,而这些性质是与其构成的光电器件性能及质量密切相关的,所以对于材料表面、界面的电子能带结构特性研究,是我们深入了解材料的物理性质和化学性质所不可缺少的,具有十分重要的意义。
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对ZnO(0001)和(0001)极性表面的表面几何结构和表面电子结构,以及ZnO(0001)表面吸附B原子之后的表面能带结构和光学特性进行了研究。主要研究内容及其结果如下:
(1)采用基于密度泛函理论(DFT)的总体能量平面波超软赝势方法对纤锌矿ZnO(0001)和(0001)面的表面特性进行了调查,研究结果显示:ZnO-Zn表面的表面能较ZnO-O表面更大,故ZnO-Zn表面不稳定更易发生反应；两个极性面经弛豫过程均向内收缩,但ZnO-Zn表面的收缩幅度较小；导带底部所散布的不饱和Zn-4s态及与之有强烈杂化作用的O-2p态使得ZnO-Zn表面呈n型导电性,同时,位于价带顶部的O-2p悬挂键则使得ZnO-O表面呈现p型导电特征。以上结论均与实验结果吻合得较好。
(2)采用基于密度泛函理论(DFT)的总体能量平面波超软赝势方法,结合广义梯度近似(GGA),对清洁ZnO(0001)表面及B/ZnO(0001)吸附体系进行了几何结构优化,计算了B/ZnO(O001)吸附体系的吸附能、能带结构、电子态密度和光学性质。研究结果表明:B在ZnO(0001)表面最稳定的吸附位置是T4位。吸附后,B/ZnO(0001)吸附体系表面带隙有所减小,表面态的组成发生变化,n型导电特性有一定程度的减弱,同时,对紫外光的吸收能力显著增强。