基于第一性原理的In摻雜纖鋅礦ZnO光電性質(zhì)研究.pdf

1、ZnO作為一種新型的直接寬帶隙氧化物,在太陽能電池、傳感器、平板顯示、發(fā)光器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,是公認(rèn)的具有代表性的第四代半導(dǎo)體光電材料。國際上有關(guān)ZnO的研究表明In摻雜ZnO具有電阻率低、可見光區(qū)透射率高、對Nox、NH3、H2S等氣體敏感性好等優(yōu)點,在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。同時,半導(dǎo)體器件大多由復(fù)合膜結(jié)構(gòu)組成,薄膜內(nèi)普遍存在應(yīng)力應(yīng)變,影響器件的性能,因此,必須開展In摻雜ZnO應(yīng)力應(yīng)變的研究?；诖?本文采用第

2、一性原理密度泛函理論結(jié)合平面波贗勢方法對不同In摻雜ZnO以及單軸應(yīng)力作用下In摻雜ZnO的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了探索性的研究。
　　 為了摸清In摻雜對ZnO的影響,建立了InZn1-Xo(x=0、0.125、0.25、0.375)超晶胞模型,對其光電性質(zhì)展開了深入的研究,結(jié)果表明:InxZn1-Xo(x=0.125、0.25、0.375)為n型簡并半導(dǎo)體,其禁帶寬度隨著x的增加而減小;在低溫重?fù)诫s簡并條件下,電導(dǎo)

3、率隨In摻雜量的增加而減小;經(jīng)過剪刀算符校正后InxZnl哇O的光學(xué)響應(yīng)峰隨著摻雜量x的增加出現(xiàn)紅移現(xiàn)象,對紫外光的光吸收能力逐漸增強,并且在可見光和紅外光區(qū)域的反射率也明顯增大,為深入研究ZnO基透明導(dǎo)電材料和紫外防護(hù)器件奠定一定的理論基礎(chǔ)。
　　 為了探討應(yīng)力應(yīng)變對In摻雜ZnO的影響,建立了6.25%In摻雜ZaO和純ZnO的模型,對比分析了單軸應(yīng)力對其物理性質(zhì)的影響,結(jié)果表明:隨著單軸應(yīng)力的增加,兩者的禁帶寬度都具有線性

4、展寬趨勢,但I(xiàn)n摻雜后應(yīng)力系數(shù)更大,這對我們調(diào)制摻雜ZnO的禁帶寬度具有一定的理論參考意義;In摻雜ZnO和ZnO的晶體場分裂能分別在3.5GPa和2GPa左右時達(dá)到最小值,并且In摻雜ZnO的晶體場分裂能值大于純ZnO;In摻雜ZnO光學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)各向異性,單軸應(yīng)力作用下,In摻雜ZnO沿[100]極化方向的吸收峰比ZnO偏低,并且明顯向低能方向移動(紅移)。In摻雜引入的應(yīng)力對ZnO吸收光譜的影響相對于單軸應(yīng)力的影響更大,為光學(xué)領(lǐng)域的