Na,N,Mg掺杂P型ZnO的第一原理研究

• 作 者: 解晓宇
• 机 构: 华南师范大学
• 出 处: 华南师范大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 密度泛函理论 第一原理 电子结构 氧化锌 多功能直接带隙化合物半导体材料

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,室温下的禁带宽度为3.37eV,激子束缚能高达60meV。其在蓝光和紫外光发射、高密度存储、气敏传感器、表面声波器件、太阳能电池、显示器件、压电器件、高温微电子器件、光电子器件等方面显示出广阔的应用前景,使其成为继GaN之后光电研究领域的又一热门研究课题。　　
目前,尽管对ZnO电子结构、光学性质、表面和界面等方面进行了大量的理论和实验研究,但确切的电学性能、光学性能等仍存在着分歧。本论文采用基于密度泛函理论的第一原理平面波超软赝势法,对六方纤锌矿结构ZnO晶体,Na,N分别掺杂ZnO晶体,Na,N共掺杂ZnO晶体的几何结构进行了优化,其中Na,N共掺杂又分为Na,N相连和分开两种情况,以此为基础计算得到了这几种情况下ZnO晶体的能带结构,总态密度和分波态密度;同时计算分析了H的混入和Mg的掺入对整个ZnO体系的影响。所用软件为Materials Studio4.4中的CASTEP软件。主要研究内容及其结果如下:　　
(1) Na,N共掺时,相对于单掺,费米能级进入价带更深,费米能级附近引入更多的空穴,会比单掺形成更好的P型ZnO;　　
(2)在两种共掺情况中,分析得到当Na,N分开时,Zn与N结合更稳定,键作用更强,从而提高了N的受主作用,所以P型效果比Na,N相连时更好;　　
(3) Mg的掺入可以调节ZnO的禁带宽度,并且不会对ZnO体系P掺杂的效果产生影响,所以我们可以应用其调节禁带宽度的特性来对量子阱进行很多操作,Mg总体来说可以给整个ZnO体系带来很多良性的作用;　　
(4)H的混入会影响ZnO体系P掺杂的效果,给整个ZnO体系带来负面影响,所以我们在生产中要尽量的将H去除。