掺杂ZnTe的第一性原理研究

发布时间：2017-10-15 09:22

  本文关键词：掺杂ZnTe的第一性原理研究

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【摘要】：ZnTe属于典型Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体,为直接带隙,禁带宽度为2.26eV,由于其具有禁带宽度比较大,光子可直接跃迁和可重掺杂等特征,在光电子器件的制造和太阳能电池的应用方面具有很大的研究价值。本文利用计算机对构建的材料模型进行模拟计算,通过基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对本征ZnTe,I替位Te,In替位Zn,Ag替位Zn以及不同浓度的B替位Zn和Cd/O,Al/N,Mn/O共掺杂的ZnTe结构进行计算,结果表明:1、I替位Te后,带隙略微减小,费米能级进入导带,属于n型掺杂,吸收带边出现红移;In替位Zn掺杂后,带隙增大,禁带中出现一条施主杂质能级,光学吸收带边发生红移,紫外区域吸收系数增强;Ag掺杂后,禁带宽度略微减小,在禁带中引入杂质能级,在紫外区域吸收系数增强,在可见光范围内吸收减弱;随着B掺杂Zn Te的原子个数的增多,禁带宽度逐渐减小,价带顶出现杂质能级,在光学性质方面表现为:增大了在低能端的吸收能力,3B-ZnTe掺杂后吸收曲线出现蓝移,增强了在紫外区域的吸收能力。2、Cd/O共掺杂ZnTe后,晶格失配较小,晶格稳定性较好,在价带(VB)引入受主杂质能级,在导带引入施主杂质能级,光学带隙减小,吸收带边发生红移;Al替位Zn掺杂Zn Te后,导带(CB)底接近于与费米能级(EF)重合,属于n型掺杂,N替位Te后,费米能级进入价带,属于P型掺杂,Al/N共掺杂ZnTe后由于Al和N的协同效应带隙大幅度减小,光学吸收带边红移;Mn/O共掺杂后,禁带宽度增大,禁带中出现多条杂质能级,很大程度上降低了电子吸收光子发生跃迁的最低能量,增大了在红外区域的光学吸收系数,由于带隙的增大,使得在本征吸收区域的光吸收系数降低。
【关键词】：第一性原理 CASTEP ZnTe 替位掺杂 电子结构 光学性质
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 引言9
• 1.2 ZnTe的基本性质9-10
• 1.3 ZnTe研究现状10-11
• 1.4 半导体掺杂理论11-12
• 1.5 ZnTe掺杂的研究现状12
• 1.6 本文研究内容及其意义12-14
• 第2章 理论计算方法14-18
• 2.1 引言14
• 2.2 第一性原理(First principles)介绍14
• 2.3 绝热近似(Born-Oppenheimer)14-15
• 2.4 密度泛函理论(Density-functional theory)15-17
• 2.4.1 Hohenberg-Kohn定理15-16
• 2.4.2 Kohn-Sham方程16
• 2.4.3 局域密度近似(LDA)16-17
• 2.4.4 广义梯度近似(GGA)17
• 2.5 计算软件的介绍17-18
• 第3章 单掺杂ZnTe的计算18-34
• 3.1 本征ZnTe的的计算18-20
• 3.1.1 模型与计算方法18
• 3.1.2 几何优化18-19
• 3.1.3 能带结构和态密度19-20
• 3.1.4 光学性质20
• 3.2 I替位Te掺杂ZnTe的计算20-23
• 3.2.1 计算模型及方法20-21
• 3.2.2 能带结构和态密度21-22
• 3.2.3 光学性质22-23
• 3.3 In掺杂ZnTe的计算23-26
• 3.3.1 计算模型及方法23-24
• 3.3.2 能带结构和态密度24-25
• 3.3.3 光学性质25-26
• 3.4 Ag掺杂ZnTe的计算26-29
• 3.4.1 计算模型26-27
• 3.4.2 能带结构和态密度27-29
• 3.4.3 光学性质29
• 3.5 B掺杂ZnTe的计算29-33
• 3.5.1 计算模型29-30
• 3.5.2 能带结构和态密度30-32
• 3.5.3 光学性质32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第4章 共掺杂ZnTe的计算34-47
• 4.1 Cd/O掺杂ZnTe的计算34-39
• 4.1.1 计算模型及方法34
• 4.1.2 几何优化结果34-35
• 4.1.3 能带结构和态密度35-37
• 4.1.4 光学性质37-39
• 4.2 Al/N共掺杂ZnTe39-43
• 4.2.1 计算模型39-40
• 4.2.2 几何优化结果40
• 4.2.3 能带结构和态密度40-42
• 4.2.4 光学性质42-43
• 4.3 Mn/O共掺杂ZnTe的计算43-46
• 4.3.1 计算模型及方法43
• 4.3.2 能带结构和态密度43-45
• 4.3.3 光学性质45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 结论47-48
• 参考文献48-51
• 致谢51-52
• 攻读硕士期间发表论文52

【参考文献】

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本文编号：1036334