ZnO晶体制备及复合缺陷对其电子结构与光学性质影响研究

发布时间：2017-11-30 08:38

  本文关键词：ZnO晶体制备及复合缺陷对其电子结构与光学性质影响研究

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【摘要】：随着ZnO材料的应用,ZnO晶体的制备及缺陷也受到广大的关注。采用理论研究方法对ZnO晶体中的本征缺陷及与其相关的缺陷进行研究,可以为ZnO晶体的制备、掺杂研究及更好的实现ZnO晶体的p型转化提供理论依据,通过了解ZnO晶体中的本征缺陷及与其相关的缺陷的机制对于半导体的运用具有至关重要的意义。本论文利用无籽晶石墨辅助化学气相法制备ZnO晶体对对其结构分析和成份分析,运用第一性原理对本征缺陷分别与Al或Ga杂质离子共存的复合缺陷ZnO晶体的电子结构和光学性质进行了研究。具体内容如下:1.制备出的ZnO晶体尺寸为Φ4 mm×5 mm,为六角纤锌矿结构,具有良好的C轴择优取向,结晶性较好,质量较好,杂质成分有所降低,但微量的Al、Ga等杂质仍存在。2.建立了锌间隙(Zni)、氧空位(VO)、锌空位(V_(Zn))三种本征缺陷分别与Al杂质共存的复合缺陷ZnO晶体模型(Al_(Zn)Zn_i、AlZnVO、AlZnV_(Zn)三种复合缺陷)。讨论了这三种复合缺陷对ZnO晶体电子结构和光学性质的影响。计算结果表明:(1)在结构上,Al_(Zn)Zn_i复合缺陷使ZnO晶体的体积增加,AlZnVO、AlZnV_(Zn)复合缺陷使ZnO晶体的体积减小,其中AlZnVO复合缺陷使ZnO晶体体积减小的最多;(2)从缺陷形成能的计算结果来看,Al_(Zn)Zn_i复合缺陷相比于另外两种复合缺陷更容易在ZnO晶体中形成;(3)从能带图和电子态密度图中可看出,Al ZnZni复合缺陷对ZnO晶体的影响最大,其在导带底带来过量的剩余电子,使得ZnO晶体的能带整体往下移,费米能级进入导带,ZnO晶体呈现出简并半导体的特征;Al_(Zn)Zn_i和AlZnVO复合缺陷对ZnO晶体呈n型半导体能作出贡献;Al ZnV_(Zn)复合缺陷使得ZnO晶体带隙有所增大。(4)对于光学性质,Al_(Zn)Zn_i和Al ZnVO复合缺陷都使得ZnO晶体介电函数虚部在4.52 eV处的波峰发生红移,且峰值增大。3.对Zni、VO、V_(Zn)与Ga杂质形成的复合缺陷ZnO晶体模型(Ga_(Zn)Zn_i、Ga_(Zn)VO、Ga_(Zn)V_(Zn)三种复合缺陷)进行了研究。计算结果表明:(1)Ga_(Zn)Zn_i复合缺陷使ZnO晶体的体积增加,Ga_(Zn)VO、Ga_(Zn)V_(Zn)复合缺陷则使ZnO晶体的体积减小,其中Ga_(Zn)VO复合缺陷使ZnO晶体体积减小的最多;(2)Ga_(Zn)Zn_i复合缺陷较另外两种复合缺陷更容易在ZnO晶体中形成;(3)Ga_(Zn)Zn_i和Ga_(Zn)VO复合缺陷对ZnO晶体呈n型半导体有贡献;Ga_(Zn)Zn_i、Ga_(Zn)VO、Ga_(Zn)V_(Zn)三种复合缺陷都在价带底和价带底与孤立能级间都引入了由Ga原子贡献的新能级;(4)Ga_(Zn) Zni和Ga_(Zn)VO复合缺陷导致ZnO晶体介电函数的虚部在4.52 eV处的峰往低能量方向移动,同时峰值强度显著增加;
【学位授予单位】：西华师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.21

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本文编号：1238713