zno与znsb的第一性原理分析

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1、重庆大学硕士学位论文1绪论1绪论1．1ZnO的基本性质ZnO是一种光电和压电等多功能相结合的II一Ⅵ族直接宽禁带半导体型氧化物材料，在自然条件下其晶体具有三种结构：纤锌矿晶体结构(B4)、立方闪锌矿晶体结构(B3)和氯化钠式八面体结构(B1)¨】。在常温和常压下，ZnO的稳定相为六方纤锌矿晶体结构，即O原子与Zn原子以六方排列方式为结构基础，而Zn原子可形象描述为填充于半数的O原子排列所形成的四面体空隙之中，0原子在Zn0中按六方排列所形成的八面体空隙则未被占据，可构成[Zn04]6。或[Zn04]6+结构，原子间配位数为4，其结构图如图1．1所示，基本性能与参数见表1．1。0；

2、ZnAc基“涵。l。搬≤l毡一一。图1．1ZnO原子结构图Fig1．1AtomicstructureofZnOZnO与GaN等其他光电子材料相比，具有低介电常量、大光电耦合率、高的化学稳定性以及优良的压电、光电特性，有着极为广泛的用途【4J。其禁带宽度对应于紫外光的波长，有望开发出应用于蓝光，蓝绿光，紫外光等多种发光器件【5J。ZnO的激子结合能高达60meV，远远高出GaN(21meV)，产生室温短波长发光的条件更加优越。ZnO薄膜可以在低于500。C下获得，不仅可以减少材料在高温制备时产生的杂质和缺陷，同时也大大简化了制备工艺；同时，ZnO来源丰富，价格低廉，具有很高的热稳定

3、性和化学稳定性【6J。重庆大学硕士学位论文1绪论表1．1ZnO基本参数与物理性能‘2，3】Table1．1BasicparametersandphysicalpropertiesofZnO∞】晶体属性典型数值晶体结构空间群品格常数(nm)Co／口o'密度(g／cm3)熔点Cc)膨胀系数(／℃)介电常数压电系数(C／N)禁带宽度(eV)本征载流子浓度(／cm3)激子束缚能(meV)电子／空穴有效质量(xmo)电子hall迁移率(300K)空穴hall迁移率(300K)抗辐射能力导热率(W／cm·K)折射率结合能莫氏硬度纤锌矿简单六角结构P63mcao=bo=0．325，Co=0．5

4、2l1．6025．60619754．75×10一／K(a)，2．92x10。6／K(c)￡(0)=8．75，c(oo)=3．7510．5—11．53．371．7×1017600．24／0．59200cm2／Vs5．50cm2／Vs11．2x1017e·cm2(2Mev)1．16+0．08(Zn面)，1．10+0．09(O面)2．008，2．0091．89eV4．51．2ZnO的基本应用‘1,7,8,9】ZnO的应用非常广泛，它的无毒和非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，使其在橡胶、陶瓷、日用化工、涂料、磁性材料等方面具有广泛的用途，可以制造气体传感器、荧光体、紫外线

5、遮蔽材料、变阻器、图像记录材料、压敏材料、压电材料、高效催化剂等备受人们重视桫J。随着研究的深入，对ZnO的制备水平和性能的研究又上升到了新的高度。纳米ZnO的研制成功，使得对ZnO的研究和应用不断拓展到了新的领域。1．2．1气敏特性的应用气敏材料的基本要求是对吸附气体有快速反应，吸附后能改变其物理性质，且反应可逆，能再生。目前最常用的纳米结构材料便是ZnO，因其具有高比表面重庆大学硕士学位论文1绪论积、高活性等表面半导体性能是增强气体元器件灵敏度的重要原因，致使它对外界环境十分敏感，对多种可燃性气体具有较高的敏感度。并通过掺杂可以对二氧化硫、硫化氢、酒精蒸气和氟立昂等气体进行选

6、择性检测。1．2．2压电特性的应用ZnO压电特性的应用主要是体声波以及表面声波(SAw，SurfaceAcousticWave)谐振器，滤波器以及传感器，以及微或纳米机电系统(MEMS和NEMS)。压电的ZnO薄膜最常见的应用是SAW滤波器。同时ZnO具有良好的高频特性，随着数字传输和移动通信信息传输量的增大，SAW也要求超过1GHz的高频。因此ZnO压电薄膜在高频滤波器、谐振器、光波导等领域有着广阔的发展前景。1．2．3紫外受激发射ZnO具有较大的激子束缚能，可以实现室温紫外激光发射，有望开发蓝光、蓝绿光、紫外光等多种发光器件。同时，ZnO具有很好的光泵浦受激辐射特性，尤其是P

7、型掺杂的实现，为其在紫外探测器、发光二极管(LED，LightEmittingDiode)、激光二极管(LD，LightDiode)等领域的应用开辟了道路。1．2．4透明导电性ZnO带隙较宽，在可见光范围内是透明的。因此，高n型掺杂的ZnO薄膜尤其是AZO(ZnO：A1)薄膜，是一种理想的透明导电氧化物(TCO，Transparentconducti—veoxide)薄膜，在可见光区域透射率可达90％，电阻率可降至10‘4Q·cm。由于AZO的组成物Zn和A1，相对于原来使用的锢