铯-铅共掺杂碘化铟晶体的电子结构与光学性质研究

发布时间：2017-10-29 21:04

  本文关键词：铯-铅共掺杂碘化铟晶体的电子结构与光学性质研究

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【摘要】：碘化铟以其禁带宽度大,原子序数较高,电阻率较大且具有较大的载流子迁移率-寿命积的特点,成为近年来核辐射探测领域的研究热点之一。目前,关于碘化铟的研究多集中在碘化铟纯度和内在缺陷对其核探测性能的影响,而晶体掺杂也是调制材料电子结构,改善材料性能的一种有效方法。基于以上背景,本文使用基于第一性原理的Materials Studio软件对Cs掺杂碘化铟晶体、Pb掺杂碘化铟晶体以及Cs、Pb共掺杂碘化铟晶体的电子结构和光学性质进行了计算和分析。首先,使用Materials Studio软件中的CASTEP模块建立了纯碘化铟超原胞模型,并进行结构优化。在结构优化成功的基础上,建立了不同Cs掺杂浓度的模型,计算了掺杂体系的能带结构、态密度、差分电荷密度和吸收光谱,分析了掺杂后禁带宽度增大的原因。其次,在纯碘化铟超原胞模型的基础上,建立了不同Pb掺杂浓度的碘化铟超原胞模型,结构优化成功后计算了掺杂体系的最小光学带隙、态密度、差分电荷密度和相对自由电子浓度。分析了掺杂后电子有效质量和电导率的变化情况,解释了吸收系数减小的原因。最后,在纯碘化铟超原胞模型的基础上,替位掺杂相同浓度的Cs原子和Pb原子,计算了掺杂体系的禁带宽度、态密度和吸收光谱。分析了In_(0.75)Cs_(0.125)Pb_(0.125)I超原胞的禁带宽度小于纯碘化铟禁带宽度的原因。计算了In_(0.75)Cs_(0.125)Pb_(0.125)I超原胞进入导带的相对电子数浓度,分析了In0.875Pb0.125I体系电导率与In_(0.75)Cs_(0.125)Pb_(0.125)I体系电导率的大小关系。计算了In_(0.75)Cs_(0.125)Pb_(0.125)I超原胞的最小光学带隙,解释了吸收系数减小的原因。
【关键词】：碘化铟 掺杂 第一性原理 电子结构
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O76
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 半导体核探测材料的研究背景10-11
• 1.2 半导体核辐射探测器的分类11-12
• 1.3 碘化铟的结构及国内外研究现状12-14
• 1.3.1 碘化铟的结构13
• 1.3.2 碘化铟的国内外研究现状13-14
• 1.4 本论文的研究目的及意义14
• 1.5 本论文的主要研究内容14-16
• 第2章 第一性原理计算方法及其应用16-29
• 2.1 引言16-17
• 2.2 第一性原理计算方法17-22
• 2.2.1 Hartree - Fock近似17-18
• 2.2.2 密度泛函理论18-21
• 2.2.3 局域密度近似与广义梯度近似21-22
• 2.3 第一性原理计算方法的应用22-27
• 2.3.1 体系能量22-23
• 2.3.2 几何优化23-24
• 2.3.3 能带结构计算24
• 2.3.4 态密度24-25
• 2.3.5 电荷布居分析25
• 2.3.6 光学性质25-27
• 2.4 计算软件介绍27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 Cs掺杂对InI电子结构和光学性质的影响29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 理论模型与计算方法29-30
• 3.3 结构优化与稳定性分析30-31
• 3.4 电子结构分析31-36
• 3.4.1 能带分布31-33
• 3.4.2 态密度分析33-36
• 3.4.3 差分电荷密度分析36
• 3.5 吸收光谱分析36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第4章 Pb掺杂对InI最小光学带隙和电导率的影响38-48
• 4.1 引言38
• 4.2 理论模型和计算方法38-39
• 4.3 结构优化与稳定性分析39-40
• 4.4 高掺杂与最小光学带隙分析40-44
• 4.5 相对自由电子浓度与有效质量分析44-45
• 4.6 迁移率与电导率分析45-46
• 4.7 差分电荷密度分析46-47
• 4.8 本章小结47-48
• 第5章 Pb-Cs共掺杂对InI电子结构的影响48-55
• 5.1 引言48
• 5.2 理论模型和计算方法48-49
• 5.3 结构优化与稳定性分析49-51
• 5.4 能带结构分析51
• 5.5 态密度分析51-52
• 5.6 相对自由电子浓度与电导率分析52-53
• 5.7 吸收光谱分析53-54
• 5.8 本章小结54-55
• 结论55-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果61-62
• 致谢62-63
• 作者简介63

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