透明半导体CuI电学性质温度效应的第一性原理研究

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透明导电材料在平面显示、电子信息、光伏等领域中具有重要的应用价值。n型透明半导体材料及其掺杂工艺相对成熟,而p型透明半导体的发展受到材料较少、载流子迁移率较低、制造成本高等方面的限制。γ相Cu I是近年来出现的一种可实现p型掺杂的透明半导体,具有载流子迁移率高、制造成本低廉等优点,具有较强的应用潜力。目前,已有理论工作对γ相Cu I的电学和热电性质进行了研究,但都是基于零温下的电子结构,未考虑温度对电子结构的影响,这可能导致对其室温下性质的理论研究存在误差。因此,本文通过研究γ相Cu I电子结构的温度效应,进而探究其室温下的电学和热电性质。首先,本文运用第一性原理的方法研究了温度对室温γ相Cu I电子结构的影响。电子结构的温度效应主要来自于电声耦合效应和晶格热膨胀效应。结果表明随着温度升高,Cu I的带隙单调增加,其中电声耦合效应起了主要作用。其次,基于有限温度下的电子结构研究了Cu I载流子输运性质,计算了Cu I的空穴有效质量和迁移率,理论结果符合现有的实验结果。最后,基于半经典的玻尔兹曼输运理论和有限温度下的电子结构,研究了Cu I在不同温度下的热电性能。结果表明,载流子浓度越高,电声耦合效应对Cu I热电性能的影响越强;温度越高,电声耦合效应对Cu I热电性能影响越强。本文将温度效应引入了Cu I的电子结构和输运性质的计算中,不仅证明了温度效应对Cu I的电学和热电性质的重要影响,而且发展了一套研究有限温度下载流子迁移率、热电系数等性质的计算方法,对未来更准确地研究相关性质提供了有力工具。
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