氧化物半导体合金的第一性原理研究

发布时间：2021-02-26 19:39

　　氧化物半导体材料的出现和应用对整个材料科学的发展有着不可估量的作用。作为继GaN之后又一种高效的半导体氧化物材料,ZnO所特有的新型光电信息功能已经引发了全世界的研究热潮。然而要实现ZnO在新能源产业中的大规模应用,必须首先解决ZnO的能带工程（能隙调控）和p型掺杂两大关键问题。另一方面,Cu2O作为铜的一价氧化物,是一种窄带隙的氧化物半导体材料,它在地表中有着丰富的储量,化学稳定性高,价格低,无污染,对太阳光有着较高的吸收率。近年来,由于在高效太阳能电池和光催化方面的潜在应用,Cu2O也引发了科学研究者的广泛兴趣。本文采用第一性原理计算方法结合团簇展开法详细研究了ZnO1-xSx和ZnO1-xSex三元合金的电子能带结构、态密度、能带偏移、形成能、声子振动、相图等性质。我们采用Δsol方法对广义梯度近似计算的合金带隙进行了修正,同时采用Branch-point energy为参考点确定了合金的能带偏移,通过键长-键刚度模型计算了合金的晶体振动效应。此外,我们还研究了Ⅱ族金属元素Be,Mg,Ca,Sr,Ba和Ⅱ族过渡金属元素Zn,Cd对Cu2O进行n型掺杂后的能带结构、杂质形成能等特性... 

【文章来源】：湖北大学湖北省

【文章页数】：98 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

规则固溶体不同温度下的自由能曲线

调制器、探测器、滤波器、光波导及其相关电路进行单片集成的可能性，所以ＺｎＯ又是??光电集成器件领域中最具潜力的一种材料。??—般来说，ＺｎＯ有三种常见的晶体结构［５８，５９］，如图３．１所示。在常温常压下，ＺｎＯ的??２１??

为了更好地研究纤锌矿结构（ＷＺ）和Ｗ锌矿结构（ＺＢ）ＺｎＯ，＿，ＳＡ．的电子结构，我们又对??其总态密度（Ｔｏｔａｌ?Ｄｅｎｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｓｔａｔｅｓ，ＴＤＯＳ）和分态密度（Ｐａｒｔｉａｌ?Ｄｅｎｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｓｔａｔｅｓ，ＰＤＯＳ?）??进行了计算，结果如图３．４所示。在费米能级附近与最低占据态相关联的导带是由０－２／７，??Ｓ－３／？态和Ｚｎ－４．ｙ态之间的杂化所形成，价带中处于最低能量区域的那个峰值是山Ｚｎ－３ｄ??态而形成的。而价带中高能量Ｋ域主要是由０－２／？，?Ｓ－３ｐ所构建，还夹杂着？小部分Ｚｎ－４．ｖ??态电子。在从头计算中，３ｃ／轨道对决定电子能带结构和化学键起到了一个重要的作用。??在强关联电ｆ系统中对带隙的严重低估是因为ＧＧＡ作为交换关联能准确定位Ｊ轨道确??切位冒的失畋以免十低估了?Ｏ－２／ｊ．?Ｓ－３ｐ态和Ｚｎ－％态之间的重叠｜ｉＷ｜。从阁３．４中还吋以??看出，导带的最低处主要来源于Ｚｎ的ｓ态勺Ｏ和Ｓ的尸态之间的杂化。随着Ｓ含量的??增加，化学键的离ｆ？性降低，这是Ｗ为Ｓ２？离子的电负性明显比０＞要弱，而杂化效??应又更加增强的缘故，使得导带也产斗：了?？定的移动。??２９??


本文编号：3053071