ZnS摻雜的第一性原理研究.pdf

1、ZnS是Ⅱ-Ⅵ族化合物中重要的直接帶隙半導體材料，禁帶寬度為3.68eV，有α-ZnS纖鋅礦和β-ZnS閃鋅礦兩種相結(jié)構(gòu)。由于其具有良好的熱紅外透明性、熒光效應和電致發(fā)光等特性，在光電子器件的制備和光催化領(lǐng)域方面得到廣泛的應用。但是純凈ZnS材料自身存在的一些局限性無法滿足某些特定的實際需要，因而應用基于密度泛函理論的第一性原理方法對 ZnS進行適當摻雜，進一步改善 ZnS的晶格結(jié)構(gòu)、電學性質(zhì)、光學性質(zhì)，真正意義上的適應各種實際需要。<

2、br>　　本論文主要包括以下七部分內(nèi)容：第一章，主要介紹ZnS的結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)以及研究現(xiàn)狀和意義；第二章，主要介紹文章中研究ZnS摻雜所用到的理論基礎(chǔ)和計算工具；第三章，詳細地研究了一種元素單摻、多種元素共摻對ZnS的晶格結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、光學性質(zhì)的影響。第四章，主要研究了過渡金屬摻雜對ZnS的影響。第五章，主要研究了ZnS納米管及其摻雜的晶格結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、光學性質(zhì)。第六章，分析了不同晶相下ZnS表面結(jié)構(gòu)的晶格結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、光學性質(zhì)。

3、
　　通過研究發(fā)現(xiàn)：1.(1)Ag摻雜主要集中在Ag4d態(tài)對上價帶態(tài)有貢獻，并在鄰近能量零點處出現(xiàn)一個波峰；N摻雜實現(xiàn)了P型摻雜的ZnS，使ZnS的光學性質(zhì)有了極大的改善。(2)Na摻雜實現(xiàn)了P型摻雜的ZnS；光學方面，Na摻雜ZnS和Cl、Na共摻雜ZnS的光吸收邊發(fā)生紅移，而Cl摻雜時發(fā)生明顯的藍移。(3)Ga單摻雜和Ga、O共摻使得能量零點進入導帶底，說明Ga的引入使得ZnS的導電類型為N型。
　　2.過渡金屬TM(S

4、c、Mn、Mo)摻雜均在費米能級附近形成了多條雜質(zhì)能級，TM摻雜使得費米能級進入導帶，從而形成簡并半導體呈半金屬性；Mn、Mo摻雜后的吸收曲線出現(xiàn)紅移現(xiàn)象，而Sc摻雜出現(xiàn)藍移現(xiàn)象。
　　3.Cl原子的3p態(tài)打破了ZnS納米管價帶頂原有的p-d軌道雜化，同時Cl原子3p態(tài)要比被替換的S原子少一個相對應的電子，因此摻Cl可以在納米管的價帶頂附近引入多余的載流子-空穴，從而實現(xiàn)納米管的P型摻雜。Mn摻雜在費米能級附近形成了多條雜質(zhì)能級，