宽带半导体材料的电子机构与性质

《宽带半导体材料的电子机构与性质》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、宽带半导体材料的电子机构与性质　　摘要以密度泛函理论为基础，选择宽带半导体材料CdAl2S4为研究对象，从晶格结构、能带结构方面，对其电子机构进行了研究，从弹性性质与光学性质两方面对其性质进行了分析。　　【关键词】宽带半导体材料电子机构性质　　Ⅱ-Ⅲ2-Ⅳ4型三元化合物，为具有缺陷黄铜矿结构的宽带半导体材料，材料电子机构优化性强，弹性以及光学性质好，用于光学设备乃至电光器件等的制造中，在提高设备性能方面，价值显著。本文以密度泛函理论为基础，对缺陷黄铜矿结构半导体CdAl2S4的电子机构、弹性及光学

2、性质进行了分析：　　1宽带半导体材料模拟计算方法　　以密度泛函理论为基础进行模拟计算。将CdAl2S4拆分开来，分为Cd、Al以及S三个部分，三者的价电子组态存在一定差异，Cd电子组态为4d105s2、Al电子组态为3s23p2、S电子组态为3s23p4。电子与电子之间存在的交换关联势，以PBE泛函作为基础进行描述。参数设计情况如表1。　　从表1中可以看出，半导体材料参数如下：　　（1）动能截断值：500eV。　　（2）布里渊区k点网格8×8×4。　　（3）原子作用收敛标准：10-3eV/A。　　

3、（4）自洽精度：10-6eV/atom。　　2宽带半导体材料的电子机构与性质　　2.1宽带半导体材料的电子机构　　从晶格结构、能带结构方面，对宽带半??体材料CdAl2S4的电子机构进行了研究：　　2.1.1晶格结构　　宽带半导体材料CdAl2S4的原子中，不同原子的空间占位不同，具体如表2。　　考虑不同原子在空间占位方面存在的差异，应首先采用晶格优化的方法，提高材料结构本身的稳定性，CdAl2S4的晶格结构参数以及键长如下：Cd-S键长2.577、Al1-S键长2.279、Al2-S键长2.27

4、2。a实验值2.553，计算值5.648。　　2.1.2能带结构　　宽带半导体材料CdAl2S4的能带结构如图1。　　图1显示，宽带半导体材料CdAl2S4的价带主要由三部分所构成，分别为低价带、高价带与最高价带：　　（1）低价带：低价带即能量最低的价带，包括S的s态以及Al的s态等部分，通过对半导体材料CdAl2S4的低价带的观察可以发现，S与Al两者中所包含的原则，具有较高的结合性质。　　（2）高价带：与低价带相比，高价带的能量相对较高，判断与Cd原子有关。观察图1可以看出，半导体材料CdAl

5、2S4高价带Cd-d态的局域性较强。　　（3）最高价带：最高价带的能量最高，一般在-5.4-0eV之间，该价带包括上下两部分，两部分所包含的能态各不相同。以导带部分为例，其能态一般在3.395eV-6.5eV之间。　　2.2宽带半导体材料的性质　　从弹性性质、光学性质两方面，对宽带半导体材料CdAl2S4的性质进行了分析：　　2.2.1弹性性质　　晶体相邻原子的成键性质等，与弹性性质存在联系。从宽带半导体材料CdAl2S4的各向异性因子，该材料的弹性性质呈现各向异性的特点。　　宽带半导体材料CdA

6、l2S4的延展性与脆性，与弹性同样存在联系，简单的讲，材料的延展性与弹性呈正相关，材料脆性与弹性，则呈负相关。通常情况下，材料的延展性与脆性如何，可以采用体模量与剪切模量之间的比值来确定，当两者之间的比值在1.75以下时，说明材料的延展性较差，脆性较强，弹性性质较差。相反，当两者之间的比值在1.75以上时，则说明材料的延展性较强，脆性较弱，弹性性质较强。　　通过对宽带半导体材料CdAl2S4体模量与剪切模量之间的比值的计算可以发现，比值为1.876，较1.75大，可以认为，该材料的延展性较强，脆性

7、较弱，弹性性质较强。　　2.2.2光学性质　　半导体材料的光学性质，属于其物理性质中极其重要的一方面，在光学仪器等的研制过程中，对半导体材料的光学性质十分重视。宽带半导体材料CdAl2S4的本质来看，该材料晶体为四方晶系单光轴晶体，各向异性显著。　　将光谱能量确定为0-20eV，对材料的光学性质进行了研究，发现半导体材料CdAl2S4的光子能量在3.5eV以下以及12.5eV以上的区域，而不存在在两者之间，可以认为，该材料晶体的光学性质具有各向异性。另外，研究显示，该材料的反射系数可达到0.85，

8、强放射峰在紫外区域，可以认为，宽带半导体材料CdAl2S4具有紫外探测以及紫外屏蔽的光学性质。　　3讨论　　宽带半导体材料CdAl2S4电子机构相对稳定，延展性较强，脆性较弱，弹性性质较强，具有紫外探测以及紫外屏蔽的光学性质。未来，应对宽带半导体材料的性质进行进一步的研究，以开发出该材料的更多功能，确保其价值能够得到更好的发挥。　　4结论　　鉴于宽带半导体材料CdAl2S4在电子机构以及弹性性质和光学性质方面存在的特点及优势，可以将其应用到紫外探测以及紫外屏蔽等材料的研制过程中，使