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1、密级：内部ZnS掺杂系统光电性质研究InvestigationonElectronicandOpticalPropertiesofDopingZnS学院：信息科学与工程学院2013年6月毕业设计(论文)指导教师审阅意见题目：ZnS掺杂系统光电性质研究评语：指导教师：毕业设计(论文)评阅教师审阅意见题目：ZnS掺杂系统光电性质研究评语：评阅教师：毕业设计(论文)答辩成绩评定专业毕业设计(论文)第答辩委员会于年月日审定了班级学生的毕业设计(论文)。设计(论文)题目：设计(论文)说明书共页，设计图纸张。毕业设计(论文)答辩委员会意见：成绩：专业毕业设
2、计(论文)答辩委员会主任委员：摘要ZnS是Ⅱ-Ⅵ族半导体材料中一种重要的半导体材料，它具有优异的机械性能和光学性能，具有优良的光电特性和广泛的应用前景，并已经为越来越多的人们所关注。对ZnS进行掺杂可以改变其导电性能、提高发光效率、发光质量和扩展发射光谱范围，以适应不同的实际需要。本文目的就是通过对ZnS材料和其掺杂材料的各种特性的理论计算，从而对材料的实验研究进行一些理论解释、补充甚至预言。为实验上实现ZnS的掺杂提供理论指导。首先，本文介绍了ZnS的结构、基本性质、研究现状和应用情况。讨论了我们的计算工具—CASTEP及其理论基础。其次，研
3、究了纯ZnS的电子结构、光学性质以及键布居情况。计算了ZnS系统的能带结构、键布居参数、电子态密度和吸收光谱。结果表明，ZnS为直接禁带半导体材料，其带隙为3.68eV。纯ZnS在能量低于4eV的范围内几乎没有吸收。第三，研究了N、Al掺杂ZnS以及Al和N共掺杂ZnS的各项特性。计算结果表明：N是理想的ZnS p-型掺杂剂，N掺杂ZnS后能在价带顶提供空穴载流子。Al和N共掺状态下有效地提高了受主掺杂浓度和系统的稳定性，从而更有利于实现p-型ZnS。最后，研究了V、Cr、Mn掺杂ZnS系统的电子结构，分析可知，掺杂元素的主要贡献在费米面附近，
4、掺杂后系统的价带底、导带均向低能方向移动，带隙变小。掺杂后系统的光学吸收边都有明显的红移。关键词：硫化锌；第一性原理；掺杂；光电性质IVAbstractZnSisanimportantsemiconductormaterialoftheⅡ-Ⅵclansemiconductormaterials,ithasexcellentmechanicalpropertiesandopticalproperties,withexcellentelecto-opticpropertiesandbroadprospectofapplication,andhasb
5、eenformoreandmorepeopleconcerned.Dopedwithimpurities,theconductiveproperties,luminousefficiency,luminousquality,andemissionspectrumofthesystemcanbeimprovedfordifferentpracticalneeds.Inthisthesis,westudytheelectronicstructureandopticalpropertiesoftheblendeZnSsystemsindifferen
6、tdopingcasesbythefirst-principlesapproachbasedonthedensityfunctionaltheory.Firstly,thestructureandbasicpropertiesofZnS,researchstatusandtheapplicationwereintroduced.Wediscussedthecomputingtools-CASTEPanditstheoreticalbasis.Secondly,theelectronicstructureofpureZnS,opticalprop
7、ertiesandtheMullikenwerestudied.TheresultsshowthatZnSisthedirectsemiconductormaterials,thebandgapfor3.68eV.PureZnSinenergy4eVbelowtherangealmostnoabsorption.Thirdly,SomepropertiesofZnSdopedwithAlandNwerestudied,TheresultsshowthatNistheidealp-dopant.ZnScanofferholecarrieratth
8、etopofthevalencebandaferdopingN.InthecaseofAl,Ncodoping,itcaneffectivelyimp
