论文部分内容阅读
对于ZnO的研究从20世纪30年代才逐渐开始。ZnO因其诸多优异的性能,如室温禁带宽度较宽,自由激子能较高、介电常数较小、温度系数较低、机电耦合系数和压电常数较大、c轴取向上具有较强的压光压电效应、容易实现n型掺杂以及通过掺杂可在室温实现铁磁性等,在气体传感器、透明导电氧化物(TCO)薄膜、液晶显示器、透明薄膜晶体管(TTFT)等方面有广阔的应用前景。
当前,ZnO的掺杂改性己成为ZnO研究的一大热点,而掺杂引起的禁带宽度变化现象已被广泛研究。我们知道,在制作以ZnO薄膜为基础的现代光电器件中,一个非常重要的前提是实现ZnO能带的调制,带隙可控使得ZnO薄膜的发光器件开发成为可能。此外,电子的电荷属性和电子的自旋属性在材料中一般是单独地被使用,如果能在同一材料中同时应用这两种属性,出现所谓的稀磁半导体(DMSs),则有望在自旋电子器件中发挥巨大作用而备受关注。其中,高居里温度(Tc)的实现成为关注的焦点。本文基于密度泛函理论且使用第一性原理赝势方法,计算了Zn1-xLaxO(x=0.0625,0.125)体系和Zn0.935(TM)0.0625O0.935C0.0625(TM=Mn,Fe,Co,Ni,Cu)体系的电子结构和光学性质,主要开展了以下工作:
1、计算研究了La掺杂ZnO体系的电子结构和光学性质。计算结果表明:La的掺杂导致ZnO禁带宽度展宽,费米能级进入导带,产生所谓的Burstein-Moss(B-M)效应;随着La原子掺杂量的增加,Zn1-xLaxO的共价性减弱。对比纯净的ZnO,掺杂体系的介电函数虚部出现新峰,吸收边发生蓝移,与实验结果定性相符,基于计算得到的电子结构对光学性质的变化给出了定性解释。
2、计算了过渡金属与C共掺杂ZnO体系的电子结构和光学性质。计算结果表明:共掺杂均导致费米能级发生移动,掺杂体系共价性强弱发生变化,且共掺杂更有利于高居里温度铁磁性半导体的实现;各种类型掺杂体系在高能区(＞5.0eV)的光学性质与纯净ZnO几乎一致,而在低能区却存在较大差异,结合电子结构定性解释了光学性质的变化。