ZnS及其摻雜的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性模擬計(jì)算研究.pdf

1、本論文首先介紹了計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算與設(shè)計(jì)的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展。接著介紹了ZnS的基本結(jié)構(gòu)和應(yīng)用研究,以及對(duì)ZnS適當(dāng)摻雜改善其結(jié)構(gòu)性能和光學(xué)特性。運(yùn)用基于密度泛函理論的第一性原理,對(duì)ZnS及其摻雜后體系的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性(吸收光譜、介電函數(shù))進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算研究。選擇了合適的計(jì)算軟件Material Studio中的CASTEP模塊。
　　 本文主要研究了三個(gè)方面的內(nèi)容:
　　 (1)研究了本體ZnS的電子結(jié)構(gòu)特性及光學(xué)特

2、性。計(jì)算分析了能帶、態(tài)密度以及光學(xué)特性。計(jì)算結(jié)果顯示,ZnS為直接帶隙半導(dǎo)體材料,禁帶寬度2.048eV比實(shí)驗(yàn)值(Eg=3.6eV)小。在3.68eV附近有較強(qiáng)的帶邊吸收。
　　 (2)研究了ZnS:Ag和ZnS:Cd體系的電子結(jié)構(gòu)特性以及光學(xué)性質(zhì)(針對(duì)吸收系數(shù)、介電函數(shù))。計(jì)算分析了Ag、Cd兩種摻雜體系的能帶結(jié)構(gòu),態(tài)密度,吸收光譜和復(fù)介電函數(shù)。和摻雜前相比,摻雜后帶隙變窄,對(duì)電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)是由雜質(zhì) Ag的摻入引入了雜質(zhì)

3、能級(jí)(受主能級(jí))造成的,且表明Ag摻雜ZnS為P型摻雜。Cd摻入后對(duì) ZnS的導(dǎo)電性能沒(méi)有明顯改變。通過(guò)比較摻雜前后的吸收光譜、介電函數(shù),分別分析了摻雜后光學(xué)吸收邊的變化情況。摻雜Ag后吸收邊的變化相對(duì)明顯,吸收邊出現(xiàn)紅移,摻雜Cd后的吸收光譜幾乎沒(méi)有變化；以及微觀電子結(jié)構(gòu)的變化引起的物理性質(zhì)的改變,ZnS:Ag介電函數(shù)的實(shí)部在低能區(qū)域變化明顯,且靜態(tài)介電常數(shù)ε0增大。ZnS:Cd后介電函數(shù)的實(shí)部和虛部的變化均不顯著,靜態(tài)介電常數(shù)ε0變

4、化亦不明顯。
　　 (3)研究了ZnS:Al和 ZnS:Ga的電子結(jié)構(gòu)特性以及光學(xué)特性(針對(duì)吸收系數(shù)、介電函數(shù))。計(jì)算分析了Al、Ga兩種摻雜體系的能帶結(jié)構(gòu),態(tài)密度,吸收光譜和介電函數(shù)。和摻雜前比較,摻雜后ZnS的禁帶寬度變窄,對(duì)電子結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)是由雜質(zhì)Al、Ga摻入,產(chǎn)生了施主能級(jí)(雜質(zhì)能級(jí))施主能級(jí)分別是由Al-3S態(tài)電子、Ga-4S態(tài)電子與S-3P態(tài)電子雜化造成的。施主能級(jí)出現(xiàn),表明Al、Ga摻雜ZnS為N型摻雜。摻雜Ga