掺杂ZnTe的第一性原理研究

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ZnTe属于典型Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体,为直接带隙,禁带宽度为2.26eV,由于其具有禁带宽度比较大,光子可直接跃迁和可重掺杂等特征,在光电子器件的制造和太阳能电池的应用方面具有很大的研究价值。本文利用计算机对构建的材料模型进行模拟计算,通过基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对本征ZnTe,I替位Te,In替位Zn,Ag替位Zn以及不同浓度的B替位Zn和Cd/O,Al/N,Mn/O共掺杂的ZnTe结构进行计算,结果表明:1、I替位Te后,带隙略微减小,费米能级进入导带,属于n型掺杂,吸收带边出现红移;In替位Zn掺杂后,带隙增大,禁带中出现一条施主杂质能级,光学吸收带边发生红移,紫外区域吸收系数增强;Ag掺杂后,禁带宽度略微减小,在禁带中引入杂质能级,在紫外区域吸收系数增强,在可见光范围内吸收减弱;随着B掺杂Zn Te的原子个数的增多,禁带宽度逐渐减小,价带顶出现杂质能级,在光学性质方面表现为:增大了在低能端的吸收能力,3B-ZnTe掺杂后吸收曲线出现蓝移,增强了在紫外区域的吸收能力。2、Cd/O共掺杂ZnTe后,晶格失配较小,晶格稳定性较好,在价带(VB)引入受主杂质能级,在导带引入施主杂质能级,光学带隙减小,吸收带边发生红移;Al替位Zn掺杂Zn Te后,导带(CB)底接近于与费米能级(EF)重合,属于n型掺杂,N替位Te后,费米能级进入价带,属于P型掺杂,Al/N共掺杂ZnTe后由于Al和N的协同效应带隙大幅度减小,光学吸收带边红移;Mn/O共掺杂后,禁带宽度增大,禁带中出现多条杂质能级,很大程度上降低了电子吸收光子发生跃迁的最低能量,增大了在红外区域的光学吸收系数,由于带隙的增大,使得在本征吸收区域的光吸收系数降低。
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