IIIA及Cu摻雜纖鋅礦CdS的電子結構及光學性質研究.pdf

1、因具有優(yōu)良的光電性質和廣闊的應用前景，II-VI族半導體材料 CdS一直受到人們的極大關注。未摻雜的CdS為 n型半導體，其電導率較低，實驗發(fā)現(xiàn)，適當?shù)腎IIA元素（B、Al、Ga、In）的摻雜可以顯著提高其電導率，得到電學性質較理想的n型CdS半導體材料；而Cu元素的摻雜有利于實現(xiàn)CdS的p型導電。本文運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元素摻雜的纖鋅礦CdS的電子能帶結構和光學性質。

2、>　?。?）我們系統(tǒng)地研究了未摻雜和IIIA摻雜纖鋅礦CdS的電子結構和光學性質。相比于未摻雜的CdS，IIIA摻雜 CdS的電子能帶結構的最大特點是費米能級由帶隙中移到了導帶。通過分析IIIA元素摻雜CdS的態(tài)密度，觀察到在費米能級附近陽離子的分波態(tài)密度對總的態(tài)密度的貢獻均較大，尤其是這些陽離子的s電子態(tài)。這應該是實驗上觀察到的當B、Al、Ga、In引入到CdS薄膜后，其電阻率明顯降低的重要原因。計算IIIA摻雜CdS的價帶頂與費米能

3、級的能量差比未摻雜CdS的帶隙大，這與IIIA元素摻雜使得CdS薄膜的光學吸收邊發(fā)生藍移的實驗現(xiàn)象一致。IIIA摻雜 CdS吸收譜顯示在可見光區(qū)的吸收比較弱，尤其是電場方向垂直于c軸的方向。以上計算結果合理解釋了IIIA原子的引入使得CdS薄膜的電阻率明顯降低和可見光區(qū)的透射率保持較高的實驗現(xiàn)象。
　?。?）我們也計算了不同Cu摻雜濃度的纖鋅礦CdS的電子結構和光學性質。對比未摻雜CdS的情況，Cu摻雜CdS的態(tài)密度和能帶結構顯示

4、費米能級從帶隙中下降到了價帶，說明摻雜使得CdS價帶頂附近出現(xiàn)多余的載流子-空穴，在費米能級附近引入受主能級。對費米能級以上價帶頂以下進行積分，得到摻雜體系的態(tài)密度較大，而且費米能級附近Cu離子的分波態(tài)密度對總的態(tài)密度的貢獻比較大。這說明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，費米能級到價帶頂附近的態(tài)密度增加，說明在一定摻雜濃度范圍內，Cu含量的增加可使 CdS:Cu的p型特性增強，這都與實驗結果一致。另外我們發(fā)現(xiàn)