Ag、Ag-N摻雜對(duì)ZnO光電性能的影響.pdf

1、氧化鋅是一種新型Ⅱ-Ⅵ族化合物，具有無毒無污染、原料豐富易得、制備成本低、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。氧化鋅的帶隙和激子束縛能較大，在室溫下， ZnO具有3.37eV的直接寬禁帶，60meV的高激子束縛能，在可見光區(qū)域透明，有優(yōu)異的常溫發(fā)光性能，在氣體傳感器、壓敏電阻、液晶顯示器、太陽能電池、紫外半導(dǎo)體激光器、透明導(dǎo)電薄膜以及稀磁半導(dǎo)體等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　盡管在國(guó)內(nèi)外對(duì)Ag單摻和Ag-N共摻ZnO光電性能影響的研究有

2、一定的進(jìn)展，但是研究過程中仍存在不足之處。Ag摻雜對(duì) ZnO吸收光譜影響的研究仍存在著分歧，為了解決該問題，采用自旋密度泛函理論(DFT)框架下的廣義梯度近似(GGA+U)的方法，用第一性原理研究了Ag摻雜ZnO體系的電子結(jié)構(gòu)和吸收光譜分布的影響。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)Ag摻雜ZnO的摩爾數(shù)為0.0278-0.0417的范圍內(nèi)，隨著Ag摻雜濃度的增加，摻雜體系晶格常數(shù)越增加，體積越增加，總能量越升高，穩(wěn)定性越下降，體系形成能越增加，摻雜越難，

3、帶隙越變窄，吸收光譜分布越紅移，研究發(fā)現(xiàn)，帶隙和吸收光譜發(fā)生分歧的主要原因，除了摻雜濃度外，與摻雜體系的空間尺度有一定的關(guān)系。
　　為了解決在Ag-N共摻對(duì)ZnO性能影響的研究中Ag原子和N原子隨機(jī)占位而沒有考慮ZnO的非對(duì)稱性的問題，采用基于密度泛函理論框架下的廣義梯度(GGA+U)的方法，對(duì)六種相同摻雜方式不同摻雜濃度，以及相同摻雜濃度不同摻雜方式的Ag-N成鍵共摻 ZnO體系超胞模型的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度進(jìn)行了第一性原理計(jì)算。計(jì)

4、算結(jié)果表明，在摻雜濃度相同時(shí)，沿垂直于c軸方向Ag-N成鍵共摻體系比沿c軸方向Ag-N成鍵共摻體系更穩(wěn)定，摻雜更容易。在相同摻雜方式不同摻雜濃度時(shí)，隨著摻雜濃度的增加，Ag-N成鍵共摻體系穩(wěn)定性下降，摻雜更困難；與純的ZnO單胞相比，沿垂直于c軸方向Ag-N成鍵共摻體系的最小光學(xué)帶隙變窄，吸收光譜發(fā)生紅移，隨著摻雜濃度的增加，吸收光譜的紅移越顯著。
　　在相同條件下， Ag-N共摻對(duì)ZnO電導(dǎo)率影響的結(jié)果，存在相悖的問題，為了解決

5、該問題，采用基于密度泛函理論框架下的廣義梯度(GGA+U)的方法，對(duì)相同摻雜方式不同摻雜濃度 Ag-N共摻 ZnO體系的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度進(jìn)行了第一性原理計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，隨摻雜濃度的增加，沿垂直于c軸方向Ag-N成鍵共摻ZnO超胞體系的相對(duì)自由空穴濃度增大，價(jià)帶頂空穴的有效質(zhì)量減小，電離能減小，Bohr半徑增大，電導(dǎo)率增大，導(dǎo)電性能增強(qiáng)。
　　通過模擬計(jì)算研究，獲得了Ag單摻和Ag-N共摻對(duì)ZnO的光學(xué)和導(dǎo)電性能的可靠數(shù)據(jù)，解決