纤锌矿ZnO1-xSx化合物电子结构和晶格动力学性质的第一性原理研究

来源 :内蒙古大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ltycongc2008
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本文的第一章中主要介绍了纤锌矿ZnO材料的性质、应用及研究意义和发展前景;第二章对密度泛函理论的计算研究方法进行了简单的介绍;第三章介绍了基于密度泛函理论的CASTEP软件包模拟纤锌矿S掺杂氧化锌化合物的电子能带、态密度及其声子谱和声子态密度的计算研究。  在常温下,纤锌矿氧化锌和硫化锌均为直接带隙的宽禁带半导体,且即是光电也是压电的多重性质的材料。因为对制造设备要求不高,且价格低廉,晶体生长难度小,性能稳定等众多优点,ZnO和ZnS已成为了国内外研究者的重点研究对象。目前在实验领域中,对三元合金ZnO1-xSx有了一定的研究,已知通过掺杂S元素可以调节禁带宽度。也有科研人员对其能带和光学性质进行了一定的理论研究。但是对纤锌矿ZnO1-xSx的晶格动力学性质的研究却非常少。在本文中,我们利用CASTEP软件包,在局域密度近似(LDA)下的超软赝势对纤锌矿ZnO1-xSx化合物的电子能带和态密度进行了计算研究,并使用广义梯度近似(GGA)下的模守恒赝势计算得到了声子谱和声子态密度。结果表明,随着S元素掺杂量的增加,ZnO1-xSx的电子能带带隙会先减小到一级小值后开始增加,这一规律和实验结果是符合的。通过分析电子态密度(TDOS)和分波电子态密度(PDOS),我们发现,纤锌矿ZnO1-xSx化合物电子能带的价带部分主要由O和S的2s2p态和3s3p态以及Zn的3d态来决定,而导带部分主要由S的3s3p态与Zn的4s3p态构成。纤锌矿ZnO1-xSx的声子谱给出的信息是:随着S元素的掺杂量的增加,最高频率声子模对应的频率值会减小。在2×2×1的16个原子构成的ZnO1-xSx超胞中,掺杂相同比例的S元素但替换O原子的位置不同时,除了声子态密度的间隙宽度稍有不同以外,其它方面大致相同。
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