本文關(guān)鍵詞：ZnO晶體制備及復(fù)合缺陷對(duì)其電子結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì)影響研究

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【摘要】：隨著ZnO材料的應(yīng)用,ZnO晶體的制備及缺陷也受到廣大的關(guān)注。采用理論研究方法對(duì)ZnO晶體中的本征缺陷及與其相關(guān)的缺陷進(jìn)行研究,可以為ZnO晶體的制備、摻雜研究及更好的實(shí)現(xiàn)ZnO晶體的p型轉(zhuǎn)化提供理論依據(jù),通過了解ZnO晶體中的本征缺陷及與其相關(guān)的缺陷的機(jī)制對(duì)于半導(dǎo)體的運(yùn)用具有至關(guān)重要的意義。本論文利用無(wú)籽晶石墨輔助化學(xué)氣相法制備ZnO晶體對(duì)對(duì)其結(jié)構(gòu)分析和成份分析,運(yùn)用第一性原理對(duì)本征缺陷分別與Al或Ga雜質(zhì)離子共存的復(fù)合缺陷ZnO晶體的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。具體內(nèi)容如下:1.制備出的ZnO晶體尺寸為Φ4 mm×5 mm,為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu),具有良好的C軸擇優(yōu)取向,結(jié)晶性較好,質(zhì)量較好,雜質(zhì)成分有所降低,但微量的Al、Ga等雜質(zhì)仍存在。2.建立了鋅間隙(Zni)、氧空位(VO)、鋅空位(V_(Zn))三種本征缺陷分別與Al雜質(zhì)共存的復(fù)合缺陷ZnO晶體模型(Al_(Zn)Zn_i、AlZnVO、AlZnV_(Zn)三種復(fù)合缺陷)。討論了這三種復(fù)合缺陷對(duì)ZnO晶體電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響。計(jì)算結(jié)果表明:(1)在結(jié)構(gòu)上,Al_(Zn)Zn_i復(fù)合缺陷使ZnO晶體的體積增加,AlZnVO、AlZnV_(Zn)復(fù)合缺陷使ZnO晶體的體積減小,其中AlZnVO復(fù)合缺陷使ZnO晶體體積減小的最多;(2)從缺陷形成能的計(jì)算結(jié)果來看,Al_(Zn)Zn_i復(fù)合缺陷相比于另外兩種復(fù)合缺陷更容易在ZnO晶體中形成;(3)從能帶圖和電子態(tài)密度圖中可看出,Al ZnZni復(fù)合缺陷對(duì)ZnO晶體的影響最大,其在導(dǎo)帶底帶來過量的剩余電子,使得ZnO晶體的能帶整體往下移,費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入導(dǎo)帶,ZnO晶體呈現(xiàn)出簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的特征;Al_(Zn)Zn_i和AlZnVO復(fù)合缺陷對(duì)ZnO晶體呈n型半導(dǎo)體能作出貢獻(xiàn);Al ZnV_(Zn)復(fù)合缺陷使得ZnO晶體帶隙有所增大。(4)對(duì)于光學(xué)性質(zhì),Al_(Zn)Zn_i和Al ZnVO復(fù)合缺陷都使得ZnO晶體介電函數(shù)虛部在4.52 eV處的波峰發(fā)生紅移,且峰值增大。3.對(duì)Zni、VO、V_(Zn)與Ga雜質(zhì)形成的復(fù)合缺陷ZnO晶體模型(Ga_(Zn)Zn_i、Ga_(Zn)VO、Ga_(Zn)V_(Zn)三種復(fù)合缺陷)進(jìn)行了研究。計(jì)算結(jié)果表明:(1)Ga_(Zn)Zn_i復(fù)合缺陷使ZnO晶體的體積增加,Ga_(Zn)VO、Ga_(Zn)V_(Zn)復(fù)合缺陷則使ZnO晶體的體積減小,其中Ga_(Zn)VO復(fù)合缺陷使ZnO晶體體積減小的最多;(2)Ga_(Zn)Zn_i復(fù)合缺陷較另外兩種復(fù)合缺陷更容易在ZnO晶體中形成;(3)Ga_(Zn)Zn_i和Ga_(Zn)VO復(fù)合缺陷對(duì)ZnO晶體呈n型半導(dǎo)體有貢獻(xiàn);Ga_(Zn)Zn_i、Ga_(Zn)VO、Ga_(Zn)V_(Zn)三種復(fù)合缺陷都在價(jià)帶底和價(jià)帶底與孤立能級(jí)間都引入了由Ga原子貢獻(xiàn)的新能級(jí);(4)Ga_(Zn) Zni和Ga_(Zn)VO復(fù)合缺陷導(dǎo)致ZnO晶體介電函數(shù)的虛部在4.52 eV處的峰往低能量方向移動(dòng),同時(shí)峰值強(qiáng)度顯著增加;
【學(xué)位授予單位】：西華師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304.21

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