閃鋅礦硫族化合物中的無序雜質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、閃鋅礦結(jié)構(gòu)硫族化合物半導(dǎo)體具有優(yōu)異的光電性能，吸引了大批研究者的關(guān)注，是半導(dǎo)體器件和太陽能電池領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對(duì)象。無序分布的雜質(zhì)和缺陷對(duì)這類半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)和有效質(zhì)量等電輸運(yùn)性質(zhì)有重要的影響，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究具有較大的理論意義與實(shí)際意義。
　　本論文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法研究了黃銅礦結(jié)構(gòu)光電材料Cu1-xAgxGaX2(X=S，Se)中的無序摻雜對(duì)能帶結(jié)構(gòu)和有效質(zhì)量的影響，其中Cu/Ag原子位置的無序分布使用特殊

2、準(zhǔn)隨機(jī)結(jié)構(gòu)(SQS)方法進(jìn)行模擬。通常情況下，由于交換關(guān)聯(lián)勢(shì)的不準(zhǔn)確，第一性原理計(jì)算會(huì)大幅度低估半導(dǎo)體能隙。本文采用的修正局域密度近似方法(LDA+C)可以相對(duì)經(jīng)濟(jì)地對(duì)能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效修正。此外，本文中輸運(yùn)性質(zhì)相關(guān)的計(jì)算均是基于修正后的能帶結(jié)構(gòu)。
　　本文的研究結(jié)果表明，具有無序黃銅礦結(jié)構(gòu)的硫化物半導(dǎo)體材料和硒化物半導(dǎo)體材料均出現(xiàn)了能隙反常現(xiàn)象，即AgGaX2(X=S，Se)化合物半導(dǎo)體材料的能隙值大于CuGaX2(X=S，Se)

3、的能隙值。Cu1-xAgxGaSe2系列硒化物半導(dǎo)體合金的能隙值的修正范圍為1.63eV到1.78eV;Cu1-xAgGaS2系列硫化物半導(dǎo)體材料的能隙值修正范圍為2.33eV-2.64eV。此外，硫化物和硒化物系列半導(dǎo)體合金的能隙值都在Ag離子濃度為50％(x=0.5)和100％(x=1.0)時(shí)分別出現(xiàn)局域最小值和最大值。并且，通過研究的詳細(xì)能帶結(jié)構(gòu)闡釋了在基態(tài)發(fā)生間接躍遷時(shí)所需的光子動(dòng)量。為了進(jìn)一步理解Cu1-xAgxGaX2(X=

4、S，Se)系列半導(dǎo)體材料的輸運(yùn)性質(zhì)，筆者計(jì)算了該系列合金的有效質(zhì)量(EM)，研究得到了EM與無序Ag離子濃度x之間的關(guān)系。最后，對(duì)Cu1-xAgxGaSe2化合物的靜電勢(shì)與能帶偏移進(jìn)行了相關(guān)研究，其研究結(jié)果表明Ag離子的摻入將導(dǎo)致半導(dǎo)體的靜電勢(shì)降低;構(gòu)成異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體兩側(cè)的半導(dǎo)體原子層數(shù)的測(cè)試結(jié)果有:異質(zhì)結(jié)兩邊各取4個(gè)周期半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)足夠屏蔽異質(zhì)結(jié)界面之間的相互影響。
　　本論文通過在CuGaX2(X=S，Se)硫族化合物半導(dǎo)體材料中