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时间:2018-11-11
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1、压力对ZnO半导体的晶格结构影响物理与电子工程学院 物理学(师范)专业 2009级邹海钧指导教师曾召益摘要:氧化锌(ZnO)是Ⅱ-Ⅵ族化合物,被认为是新一代的光电半导体材料,具有广泛的应用前景,已成为人们近期研究的热点之一。本论文主要是研究压力在不断变化时氧化锌(ZnO)半导体的晶格结构是怎样变化的。通过计算机运用MaterialsStudio软件模拟并计算,最后分析数据,从而得出压力对氧化锌半导体的晶格结构影响的结果,并进一步分析结果得出结论。关键字:氧化锌(ZnO);晶格结构;第一性原理Abst
2、ract:zincoxide(ZnO)isⅡ-Ⅵcompounds,isthoughttobeanewgenerationofoptoelectronicsemiconductormaterial,haswideapplicationprospects,hasbecomeoneofhottopicsinthestudyofpeopleinthenearfuture.Thisthesismainlyisthestudyofzincoxide(ZnO)whenchangingpressureinthel
3、atticestructureofthesemiconductorishowtochange.ThroughthecomputerusingtheMaterialsStudiosoftwaresimulationandcalculation,inthefinalanalysisdata,calculatedthestressinfluenceonZnosemiconductorlatticestructureresults,andfurtheranalysisresultsareconcluded.
4、Keywords:zincoxide(ZnO);Latticestructure;Firstprinciples1绪论1.1研究背景第12页(共12页)当前,人类社会已经进入了一个全新的信息化时代,信息的传输、处理、存储等过程都是通过电子和光子来参与实现的,光电子在信息技术领域中起到了举足轻重的作用。上个世纪,人们制备出了红外发光二极管LED和LD,实现了光通信和光信息处理。随着社会经济的快速发展,人们对于信息技术的要求也越来越高,一直在不断的研究中寻求新的技术。最近,ZnO材料由于其优越的性能引起
5、了人们的研究热情。氧化锌(ZnO)作为一种新型的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带化合物半导体材料,具有禁带宽度大(约3.37Ev[1]),相比与其他的宽带隙材料,其激子束缚能高达60meV,这使得ZnO在室温下有更高效率的机子发光,是一种在紫外和蓝光发射方面很有前途的新型光电子材料[2,3]。ZnO材料的出现,让人们意识到了这种半导体材料在制备短波长发光器件中的研究潜力。1.1研究内容本论文在研究ZnO的晶体结构和基本性质的基础上,分析压力ZnO的晶体结构的影响。首先要了解氧化锌(ZnO)半导体的基本概况以及第一性原
6、理;然后通过近算计运用MaterialsStudio模拟并计算,在压力不断改变(0—30GPa)时与之相对应的氧化锌晶格常数(abc)以及体积(P)的值。进而分析数据,得出压力与晶格常数的a—P、b—P、c—P图以及压力与体积的V—P图。最后得出氧化锌在压力不断改变的情况下其晶格结构有怎样变化的结论。2氧化锌基本简介2.1氧化锌(ZnO)概述氧化锌是锌的氧化物,难溶于水,可溶于酸和强碱。它是白色固体,故又称锌白。它能通过燃烧锌或焙烧闪锌矿(硫化锌)取得。在自然中,氧化锌是矿物红锌矿的主要成分。虽然人
7、造氧化锌有两种制造方法:由纯锌氧化或烘烧锌矿石而成。氧化锌作为添加剂在多种材料和产品有应用,包括塑料、陶瓷、玻璃、水泥、润滑剂、油漆、软膏、粘合剂、填隙材料、颜料、食品(补锌剂)、电池、铁氧体材料、阻燃材料和医用急救绷带等。第12页(共12页)氧化锌(ZnO)是Ⅱ-Ⅵ族化合物,具有禁带宽、激子束缚能高、无毒、原料易得、成本低、抗辐射能力强等优点,被认为是新一代的光电半导体材料,具有广泛的应用前景,已成为人们近期研究的热点之一[2]。ZnO属II-VI族宽禁带直接带隙化合物半导体材料,熔点为1975℃
8、,室温下禁带宽度为3.37eV,激子束缚能为60meV,远远大于室温离解能。人们早就发现,ZnO对于蓝光、紫光、近紫外波段的光电子器件是一种极具潜力的宽带隙光电子半导体材料[3-4]。2.2氧化锌(ZnO)晶体结构ZnO晶体有三种结构:六边纤锌矿结构、立方闪锌矿结构,以及比较罕见的氯化钠式八面体结构(岩盐结构)[5],如图2-1所示。图2-1ZnO的三种晶体结构:(a)岩盐结构;(b)闪锌矿结构;(c)纤锌矿结构在这三种晶体结构中,纤锌矿结构在三者中稳定性最高,因而也
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