Ag掺杂ZnO的第一性原理研究

《Ag掺杂ZnO的第一性原理研究》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、摘要摘要在近几十年，由于光电信息技术的发展，紫外短波光电器件成为研究的热点。ZnO是一种宽带隙半导体材料，由于它在紫外波段存在受激发射而成为一种重要的光电材料并引起人们的极大重视。作为一种新型的II．vI族半导体材料，ZnO具有许多优异的性能。但是，一般制备出的ZnO薄膜材料均是n型，很难实现P型的掺杂。因此，ZnO的P型掺杂是实现其器件化应用的关键技术，也是目前ZnO研究的关键课题。早些时候人们都将注意力集中于把氮作为ZnO的掺杂源，但高空穴浓度、高迁移率的P型ZnO迟迟没有实现。与此同时，Ag掺杂ZnO的研究相对较少，特别是在理论方面。基

2、于上述背景，本论文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法对Ag掺杂ZnO的几何结构、杂质形成能和电子结构进行了比较系统的研究。主要研究内容及其结果如下：本文采用广义梯度法(GGA)计算了纤锌矿ZnO晶格常数、几何结构、能带结构、态密度和本征缺陷。结果显示，硒(Zn在间隙位)形成能较小，在未故意掺杂ZnO中存在的Z珥是它成为n型半导体的主要原因之一，这与普遍认为未故意掺杂ZnO的n型导电以本征缺陷以Zni和Vo(O空位)为主有所不同。本文首次采用GGA研究了Ag掺杂ZnO的各种构型。通过对Ag在Zn位、O位和间隙位的形成能、几何结构和电子

3、结构的研究发现，虽然在富氧条件下，有利于Ag占据zn位，即有利于受主能级的形成，但是，Ag占据zn位形成了深受主，这是单纯的Ag掺杂较难获得P型ZnO材料的主要原因。本文通过第一性原理的GGA方法首次计算了在Ag掺杂ZnO体系中的复合体缺陷，发现复合体缺陷往往形成受主的可能性要远远大于施主的可能径x同时，根据计算结果，首次指出了Ag和H共掺杂有利于ZnO的P型导电。本论文得到了国家863纳米专项课题(No．2003AA302160)和电子发展基金资助。关键词：密度泛函；第一性原理；ZnO,Ag；电子结构；ⅡAbstractABSTRACTOv

4、erthepastdecades，withthedevelopmentofphotoelectricinformationtechnology,thestudyofdeviceofultraviolet(UV)luminescenceintheshortwavehasbecomehot．ZnO，awide-bandsemiconductormaterial，thelargeexcitonbindingenergy(60meV)ofwhichCanensureefficientexcitoulcemissionandultraviolet(Uv

5、)luminescenceatroomtemperature，becomeoneofthemajorfocusesintheresearchfieldofsemiconductorshort-wavelengthdevices．AsanewkindofnovelsemiconductoroftheII-VIgroup，ithasalotofuniquephotoelectricproperties．But,ZnOthinfilmisn-typematerialingeneral，SOthatitishardtoachievep-typedop

6、ing．Thereby,p-typedopingisakeytechnologyofopticelectronicapplications，whichisahotspotofthisstudy．Theresearcherswel"emainlyattractedinni廿ogendopedZnOinanearlyphase．However’sufficienthighqualityp-typeZnO、析thlowresistivityandhi曲mobilityisyettobeachieved．Moreover,compared、Ⅳimth

7、eotherdopants，theAgdopedZno，waslessstudiedespeciallyinthetheory．Basedonthatbackground,amethodusingfirstprinciplesandpseudopotentialsaccordingtodensityfunctionaltheoryisappliedtocalculatethegeometricstrueture，theformationenergyofimpuritiesandtheelectronicstructureofZnOdopedw

8、itllAg．Weomlinethemaincontentsandresultsinthestudyasfollow：Firstly,wecalculatedthe