论文部分内容阅读
ZnO作为一种新型的直接宽带隙氧化物,在太阳能电池、传感器、平板显示、发光器件等领域具有广泛的应用前景,是公认的具有代表性的第四代半导体光电材料。国际上有关ZnO的研究表明In掺杂ZnO具有电阻率低、可见光区透射率高、对Nox、NH3、H2S等气体敏感性好等优点,在半导体器件领域具有潜在的应用价值。同时,半导体器件大多由复合膜结构组成,薄膜内普遍存在应力应变,影响器件的性能,因此,必须开展In掺杂ZnO应力应变的研究。基于此,本文采用第一性原理密度泛函理论结合平面波赝势方法对不同In掺杂ZnO以及单轴应力作用下In掺杂ZnO的晶体结构、电子结构和光学性质进行了探索性的研究。
为了摸清In掺杂对ZnO的影响,建立了InZn1-Xo(x=0、0.125、0.25、0.375)超晶胞模型,对其光电性质展开了深入的研究,结果表明:InxZn1-Xo(x=0.125、0.25、0.375)为n型简并半导体,其禁带宽度随着x的增加而减小;在低温重掺杂简并条件下,电导率随In掺杂量的增加而减小;经过剪刀算符校正后InxZnl哇O的光学响应峰随着掺杂量x的增加出现红移现象,对紫外光的光吸收能力逐渐增强,并且在可见光和红外光区域的反射率也明显增大,为深入研究ZnO基透明导电材料和紫外防护器件奠定一定的理论基础。
为了探讨应力应变对In掺杂ZnO的影响,建立了6.25%In掺杂ZaO和纯ZnO的模型,对比分析了单轴应力对其物理性质的影响,结果表明:随着单轴应力的增加,两者的禁带宽度都具有线性展宽趋势,但In掺杂后应力系数更大,这对我们调制掺杂ZnO的禁带宽度具有一定的理论参考意义;In掺杂ZnO和ZnO的晶体场分裂能分别在3.5GPa和2GPa左右时达到最小值,并且In掺杂ZnO的晶体场分裂能值大于纯ZnO;In掺杂ZnO光学性质呈现各向异性,单轴应力作用下,In掺杂ZnO沿[100]极化方向的吸收峰比ZnO偏低,并且明显向低能方向移动(红移)。In掺杂引入的应力对ZnO吸收光谱的影响相对于单轴应力的影响更大,为光学领域的应用提供理论参考和依据。