过渡金属与F共掺杂ZnO体系的第一性原理研究
发布时间：2021-10-27 07:05
ZnO作为直接带隙宽禁带半导体中的一种,相对于其它氧化物半导体,其具有的物理特性和化学特性都比较优秀。现如今在很多的领域都应用到了ZnO所拥有的优良的光电和压电性质,对其潜在的性质的研究也成为了时下很热门的研究方向。然而本征ZnO材料中的载流子浓度不高,导致本征ZnO的导电性不太良好。为了提升ZnO的光电性质,可以通过掺杂一些杂质来控制ZnO的载流子浓度。截止到目前为止,研究发现n型掺杂的ZnO较为容易被实现,而p型掺杂的ZnO由于其稳定性不高的问题,很难达到实际应用的要求。本文的研究就是基于这个问题,应用Material Studio软件里面的CASTEP模块对p型掺杂的ZnO进行了模拟计算,为p型掺杂的ZnO的制备提供了理论基础。在计算的过程中,首先构建了ZnO的单胞结构,之后将构建的单胞结构扩展为3×3×2的ZnO超晶胞模型。在此基础上使用密度泛函理论中的广义梯度近似方法并且在考虑电子间的强关联作用的情况下对本征ZnO以及过渡金属元素与F掺入后的ZnO的能带结构、电子态密度、布居值以及光学性质进行了计算和分析,所得的结果如下:在用浓度为2.78%的过渡金属元素与F掺入ZnO后,对...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZnO的三种晶体结构（依次为纤锌矿、闪锌矿、氯化钠结构）
图 1.2 低温下 ZnO 的光致荧光光谱 为纤锌矿结构时，它的光学折射率在 2 左右，在可见光波段所0nm）拥有着比较高的透射率。如果将铝原子掺入与 ZnO 的薄的电子浓度，进而使其导电性能变得更好，而且还可以让它的升到 90%。掺入铝原子后所形成的 n 型 ZnO:Al 薄膜就会变为明并且导电氧化物半导体材料。除了这些特性，ZnO 同样也拥可以将扩散分布在 ZnO 表面的有机分子气体降解，这个特性使拥有着很好的应用前景。 中的本征缺陷子所拥有的缺陷可以分为六种[8]。由于 ZnO 所具有的疏松结构。ZnO 所拥有的本征缺陷里面，最易于形成的缺陷是填隙缺陷氧缺陷[9,10]，这些缺陷会使得 ZnO 晶体的性质造成很大的变化缺陷所产生的电荷特性以及能级情况:
哈尔滨工程大学硕士学位论文3.2.1 Visualizer 模块的结构设置在 Material Studio 软件中设置了一个所有的操作都需要使用的模块，叫做Visualizer 模块，如图 3.1 所示。在这个模块中可以构建所需要的晶体的模拟结构，在进行 CASTEP 模块的相关计算前，需要根据研究者所研究的材料在 Visualizer 模块中进行设计。使用者需要将 Visualizer 模块和 CASTEP 模块结合使用，才可以计算以及观察计算后得到的数据。3.2 CASTEP 模块操作方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]DBD在原子光谱领域内的应用进展[J]. 李铭,杨萌,黄秀,冯璐,范博文,邢志. 光谱学与光谱分析. 2017(01)
[2]不同形貌金纳米粒子的制备及其表面增强拉曼散射效应的研究[J]. 苏晓越,陈小燕,孙成彬,赵冰,阮伟东. 光谱学与光谱分析. 2017(01)
[3]V高掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究[J]. 郭少强,侯清玉,赵春旺,毛斐. 物理学报. 2014(10)
[4]Uniaxial stress influence on lattice,band gap and optical properties of n-type ZnO:first-principles calculations[J]. 杨平,李培,张立强,王晓亮,王欢,宋喜福,谢方伟. Chinese Physics B. 2012(01)
[5]Fe、Ni共掺杂ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备及性能研究[J]. 胡志刚,周勋,徐明,刘方舒,段满益,吴定才,董成军,陈尚荣,吴艳南,纪红萱,令狐荣锋. 人工晶体学报. 2010(01)
[6]Al-2N高共掺浓度对ZnO半导体导电性能影响的第一性原理研究[J]. 侯清玉,赵春旺,金永军. 物理学报. 2009(10)
[7]Mn和N共掺ZnO稀磁半导体薄膜的研究[J]. 邹文琴,路忠林,王申,刘圆,陆路,郦莉,张凤鸣,都有为. 物理学报. 2009(08)
[8]Co,Cu共掺杂ZnO薄膜的结构及发光特性[J]. 李爱侠,毕红,刘艳美,吴明在. 发光学报. 2008(02)
本文编号：3461110
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZnO的三种晶体结构（依次为纤锌矿、闪锌矿、氯化钠结构）
图 1.2 低温下 ZnO 的光致荧光光谱 为纤锌矿结构时，它的光学折射率在 2 左右，在可见光波段所0nm）拥有着比较高的透射率。如果将铝原子掺入与 ZnO 的薄的电子浓度，进而使其导电性能变得更好，而且还可以让它的升到 90%。掺入铝原子后所形成的 n 型 ZnO:Al 薄膜就会变为明并且导电氧化物半导体材料。除了这些特性，ZnO 同样也拥可以将扩散分布在 ZnO 表面的有机分子气体降解，这个特性使拥有着很好的应用前景。 中的本征缺陷子所拥有的缺陷可以分为六种[8]。由于 ZnO 所具有的疏松结构。ZnO 所拥有的本征缺陷里面，最易于形成的缺陷是填隙缺陷氧缺陷[9,10]，这些缺陷会使得 ZnO 晶体的性质造成很大的变化缺陷所产生的电荷特性以及能级情况:
哈尔滨工程大学硕士学位论文3.2.1 Visualizer 模块的结构设置在 Material Studio 软件中设置了一个所有的操作都需要使用的模块，叫做Visualizer 模块，如图 3.1 所示。在这个模块中可以构建所需要的晶体的模拟结构，在进行 CASTEP 模块的相关计算前，需要根据研究者所研究的材料在 Visualizer 模块中进行设计。使用者需要将 Visualizer 模块和 CASTEP 模块结合使用，才可以计算以及观察计算后得到的数据。3.2 CASTEP 模块操作方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]DBD在原子光谱领域内的应用进展[J]. 李铭,杨萌,黄秀,冯璐,范博文,邢志. 光谱学与光谱分析. 2017(01)
[2]不同形貌金纳米粒子的制备及其表面增强拉曼散射效应的研究[J]. 苏晓越,陈小燕,孙成彬,赵冰,阮伟东. 光谱学与光谱分析. 2017(01)
[3]V高掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究[J]. 郭少强,侯清玉,赵春旺,毛斐. 物理学报. 2014(10)
[4]Uniaxial stress influence on lattice,band gap and optical properties of n-type ZnO:first-principles calculations[J]. 杨平,李培,张立强,王晓亮,王欢,宋喜福,谢方伟. Chinese Physics B. 2012(01)
[5]Fe、Ni共掺杂ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备及性能研究[J]. 胡志刚,周勋,徐明,刘方舒,段满益,吴定才,董成军,陈尚荣,吴艳南,纪红萱,令狐荣锋. 人工晶体学报. 2010(01)
[6]Al-2N高共掺浓度对ZnO半导体导电性能影响的第一性原理研究[J]. 侯清玉,赵春旺,金永军. 物理学报. 2009(10)
[7]Mn和N共掺ZnO稀磁半导体薄膜的研究[J]. 邹文琴,路忠林,王申,刘圆,陆路,郦莉,张凤鸣,都有为. 物理学报. 2009(08)
[8]Co,Cu共掺杂ZnO薄膜的结构及发光特性[J]. 李爱侠,毕红,刘艳美,吴明在. 发光学报. 2008(02)
本文编号：3461110
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3461110.html
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