钴掺杂氧化锌的第一性原理研究

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1、工学硕士学位论文钴掺杂氧化锌的第一性原理研究乔豫龙哈尔滨理工大学2014年3月国内图书分类号：0469，0474工学硕士学位论文钴掺杂氧化锌的第一性原理研究硕士研究生：导师：申请学位级别：学科、专业：．所在单位：答辩日期：授予学位单位：乔豫龙陈春天教授工学硕士材料物理与化学应用科学学院2014年3月哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：0469，0474DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringFirstPrincipleStudyofCoDopedZnOCandidate：Supervisor：Acade

2、micDegreeAppliedfor：Specialty：Dateof0raiExamination：University：QiaoYuLongProf．ChenChuntianMasterofEngineeringMaterialsPhysicsandChemistryMarch，2014HarbinUniversityofScienceandTechnology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《钴掺杂氧化锌的第一性原理研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本

3、人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：狮日期：易叫绛j月歹／日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《钴掺杂氧化锌的第一性原理研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用

4、影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密口，在年解密后适用授权书。不保密团。(请在以上相应方框内打√)作者签名：希猁‘日期：z哟绰3月3／日导师签名：P锯天日期Ⅷ忤了月3／日哈尔滨理工人学工学硕士学位论文钴掺杂氧化锌的第一性原理研究摘要ZnO是一种II．Ⅵ族宽禁带直接带隙化合物半导体材料，室温下禁带宽度为3．37eV，激子束缚能为60meV。可以广泛应用于紫外、绿光、蓝光等多种发光器件以及光电显示、光电转化、光电探测、场效应管、压电器件等诸多领域。理论计算各种稀磁半导体材料居里温度，表明在宽禁带氧化物半导体ZnO中掺

5、入过渡金属离子，可能制备出具有室温铁磁性的稀磁半导体材料。目前，对过度金属Fe、Co、Ni、Mn掺杂ZnO薄膜实验制备的成功案例已经数不胜数，然而对这种材料的磁性起源机理还存在着很大争议。本文采用基于密度泛理论(DFT)的第一性原理方法，用体系总能量是否相等作为判据，研究不同Co掺杂ZnO模型的几何结构关系，尤其是Co原子对位置与总能量的关系，发现Co掺杂ZnO几何结构模型中Co原子对位置与总能量存在一定规律，可以简化仿真计算的模型数量，并设计仿真实验进行理论验证。对Co掺杂ZnO模型、包含氧空位缺陷的Co掺杂ZnO模型和Co与C共掺杂ZnO模型进行研究，对

6、模型总能量、电子结构和磁学性质进行系统分析。从掺杂浓度角度研究了不同Co杂质浓度对ZnO电子结构和磁性能的影响。通过对比不含氧空位和包含氧空位缺陷的Co掺杂ZnO模型的电子结构讨论分析了Co掺杂ZnO的磁性起源机理。通过本文的研究，首次对规则晶体的仿真建模给出了一个比较科学合理的建模方法。对比Co掺杂ZnO模型和包含氧空位缺陷的Co掺杂ZnO模型发现氧空位对Co掺杂ZnO材料的磁性能具有重要影响。理论分析预测Co与C共掺杂ZnO模型的材料具有超过室温的居里温度。’关键词Co掺杂ZnO；第一性原理；电子结构；磁性能哈尔滨理工人学工学硕士学位论文FirstPri

7、ncipleStudyofCoDopedZnOAbstractZnOisaII．VIgroupcompoundsemiconductormaterialwithadirectwidebandgapof3．37eV，anexcitonicbindingenergyof60meV．ZnOCanbewidelyusedintheultraviolet，green，blueandotherlight-emittingdevicesandoptoelectronic，photovoltaicconversion，opticaldetection，FET，piezoel

8、ectricdevicesandmanyothera