Ce掺杂SnO 2 的导电性及稳定性增强的第一性原理研究

发布时间：2021-04-02 16:46

　　为了提高SnO₂导电性以及稳定性,常对其进行掺杂使用。涉及金属的d轨道和稀土金属的f轨道,传统的理论计算往往低估了带隙。为了拟合实验数据,通常使用哈伯德（U）参数进行修正。结果表明,与纯SnO₂的能带结构相比,Ce掺杂后带隙引入了一种新的电子态。导带和价带变得更加致密,带间波动更加平稳。Ce掺杂后减小了价带和费米能级之间的宽度,电子跃迁所需的能量降低,增强了导电性。Ce掺杂后体系的局域化程度增加,可知掺杂后Ce-O的局域化强度大于Sn-O的局域化强度,掺杂体系的稳定性提高,为过渡金属的改性研究提供了理论基础。 

【文章来源】：阜阳师范学院学报(自然科学版). 2020,37(02)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

体系的晶胞图。(a)SnO2单胞；(b)Ce掺杂SnO2

为进一步分析不同Ce掺杂浓度对SnO2体系态密度的影响，图4计算了掺杂浓度分别为3.13%、4.17%、6.25%、12.5%的态密度和分波态密度。由图4可知，Ce掺杂后，上价带主要由O的2p态贡献，部分由Sn的4d、5s、5p态和Ce的4f态贡献。下价带主要由O的2s态和Sn的4d态贡献，部分由Ce的5p态贡献。导带主要由Ce的4f态贡献，部分由Sn的5s、5p态和Ce的5d态以及O的2p态贡献。与图2(b)本征SnO2的态密度相比，在导带和价带中引入了新的电子态，缩短了价带与费米能级之间的距离。体系掺杂后，由于4f轨道电子的存在，其能量比本征半导体中Sn的5s、5p态的能量要高，有更多的导电空穴产生，使价带上移，提高导电性。由图4可知，Sn1-xCexO2体系导带的大小主要是由O的2p态和Ce的5d、4f态以及Sn的5s态贡献；价带的大小主要是由O的2p态和Sn的4d、5p态贡献，改变这些原子态的贡献进而调节带隙的大小和费米能级的位置。图3 Sn1-xCexO2体系的能带结构

Sn1-xCexO2体系的能带结构

【参考文献】：
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本文编号：3115606