ZnS摻雜系統(tǒng)電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的理論研究.pdf

1、1990年之前，以硅（Si）、鍺（Ge）為主元素的第一代半導(dǎo)體材料占統(tǒng)治地位。隨著信息時(shí)代的來臨，對信息的存儲(chǔ)、傳輸及處理的要求越來越高，以砷化鎵（GaAs）為代表的第二代化合物半導(dǎo)體材料顯示出了巨大的優(yōu)越性。而目前以寬禁帶為主要特征的第三代半導(dǎo)體材料，如氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、金剛石（C）、硫化鋅（ZnS）等，由于其更加優(yōu)越的物理、化學(xué)特性而受到了人們的廣泛關(guān)注。其中，ZnS對襯底沒有特別的要求，容易成膜，價(jià)廉、無毒性，且

2、具有優(yōu)良的光電性能，已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。 ZnS是Ⅱ—Ⅵ族半導(dǎo)體材料，具有閃鋅礦和纖鋅礦兩種不同的結(jié)構(gòu)，禁帶寬（3.68eV）。對ZnS進(jìn)行摻雜可以改變其導(dǎo)電性能、提高發(fā)光效率、發(fā)光質(zhì)量和擴(kuò)展發(fā)射光譜范圍，以適應(yīng)不同的實(shí)際需要。與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的材料計(jì)算和設(shè)計(jì)是現(xiàn)代材料科學(xué)研究的重要方法。本文中，我們應(yīng)用基于密度泛函理論的第一性原理方法對閃鋅礦ZnS不同摻雜情況的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究。 論文的主要內(nèi)容如下：

3、 （1）介紹了ZnS的結(jié)構(gòu)、基本性質(zhì)、研究現(xiàn)狀和應(yīng)用情況。討論了我們的計(jì)算工具—CASTEP及其理論基礎(chǔ)。 （2）研究了純ZnS的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)吸收。計(jì)算了ZnS系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)、電子態(tài)密度和吸收光譜。結(jié)果表明，ZnS為直接禁帶半導(dǎo)體材料，其帶隙為3.68eV。純ZnS在能量低于4eV的范圍內(nèi)幾乎沒有吸收；由于價(jià)帶與導(dǎo)帶間的躍遷，在3.6eV（345nm）附近有強(qiáng)的帶邊吸收；吸收主峰位于8.3eV附近。 （3

4、）研究了Al、Ag摻雜ZnS系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。計(jì)算了兩種摻雜系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)、電子態(tài)密度和吸收光譜，并對結(jié)果進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明，Al摻雜為n型摻雜，摻雜后發(fā)生了Mott轉(zhuǎn)變，系統(tǒng)從半導(dǎo)體變?yōu)榻饘?；Ag摻雜為p型摻雜。摻雜后兩種系統(tǒng)的帶隙都變小，吸收邊紅移，并且在2.3eV（540nm）附近都出現(xiàn)了新的吸收峰，在可見光區(qū)有較強(qiáng)的吸收。 （4）研究了不同3d過渡金屬摻雜對ZnS電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響。計(jì)算了不