IIIA及Cu摻雜纖鋅礦CdS的電子結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、因具有優(yōu)良的光電性質(zhì)和廣闊的應(yīng)用前景，II-VI族半導(dǎo)體材料 CdS一直受到人們的極大關(guān)注。未摻雜的CdS為 n型半導(dǎo)體，其電導(dǎo)率較低，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)腎IIA元素（B、Al、Ga、In）的摻雜可以顯著提高其電導(dǎo)率，得到電學(xué)性質(zhì)較理想的n型CdS半導(dǎo)體材料；而Cu元素的摻雜有利于實(shí)現(xiàn)CdS的p型導(dǎo)電。本文運(yùn)用基于密度泛函理論的局域密度近似的方法，系統(tǒng)地研究了B、Al、Ga、In及Cu元素?fù)诫s的纖鋅礦CdS的電子能帶結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。

2、>　?。?）我們系統(tǒng)地研究了未摻雜和IIIA摻雜纖鋅礦CdS的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。相比于未摻雜的CdS，IIIA摻雜 CdS的電子能帶結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是費(fèi)米能級(jí)由帶隙中移到了導(dǎo)帶。通過(guò)分析IIIA元素?fù)诫sCdS的態(tài)密度，觀察到在費(fèi)米能級(jí)附近陽(yáng)離子的分波態(tài)密度對(duì)總的態(tài)密度的貢獻(xiàn)均較大，尤其是這些陽(yáng)離子的s電子態(tài)。這應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)上觀察到的當(dāng)B、Al、Ga、In引入到CdS薄膜后，其電阻率明顯降低的重要原因。計(jì)算IIIA摻雜CdS的價(jià)帶頂與費(fèi)米能

3、級(jí)的能量差比未摻雜CdS的帶隙大，這與IIIA元素?fù)诫s使得CdS薄膜的光學(xué)吸收邊發(fā)生藍(lán)移的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致。IIIA摻雜 CdS吸收譜顯示在可見(jiàn)光區(qū)的吸收比較弱，尤其是電場(chǎng)方向垂直于c軸的方向。以上計(jì)算結(jié)果合理解釋了IIIA原子的引入使得CdS薄膜的電阻率明顯降低和可見(jiàn)光區(qū)的透射率保持較高的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
　　（2）我們也計(jì)算了不同Cu摻雜濃度的纖鋅礦CdS的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。對(duì)比未摻雜CdS的情況，Cu摻雜CdS的態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)顯示

4、費(fèi)米能級(jí)從帶隙中下降到了價(jià)帶，說(shuō)明摻雜使得CdS價(jià)帶頂附近出現(xiàn)多余的載流子-空穴，在費(fèi)米能級(jí)附近引入受主能級(jí)。對(duì)費(fèi)米能級(jí)以上價(jià)帶頂以下進(jìn)行積分，得到摻雜體系的態(tài)密度較大，而且費(fèi)米能級(jí)附近Cu離子的分波態(tài)密度對(duì)總的態(tài)密度的貢獻(xiàn)比較大。這說(shuō)明Cu的引入使CdS的空穴濃度增加。并且隨著Cu摻雜濃度的增加，費(fèi)米能級(jí)到價(jià)帶頂附近的態(tài)密度增加，說(shuō)明在一定摻雜濃度范圍內(nèi)，Cu含量的增加可使 CdS:Cu的p型特性增強(qiáng)，這都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。另外我們發(fā)現(xiàn)