【摘要】：ZnS是Ⅱ-Ⅵ族化合物中重要的直接帶隙半導體材料,禁帶寬度為3.68eV,有α-ZnS纖鋅礦和β-ZnS閃鋅礦兩種相結(jié)構(gòu)。由于其具有良好的熱紅外透明性、熒光效應和電致發(fā)光等特性,在光電子器件的制備和光催化領(lǐng)域方面得到廣泛的應用。但是純凈ZnS材料自身存在的一些局限性無法滿足某些特定的實際需要,因而應用基于密度泛函理論的第一性原理方法對ZnS進行適當摻雜,進一步改善ZnS的晶格結(jié)構(gòu)、電學性質(zhì)、光學性質(zhì),真正意義上的適應各種實際需要。本論文主要包括以下七部分內(nèi)容:第一章,主要介紹ZnS的結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)以及研究現(xiàn)狀和意義;第二章,主要介紹文章中研究ZnS摻雜所用到的理論基礎和計算工具;第三章,詳細地研究了一種元素單摻、多種元素共摻對ZnS的晶格結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、光學性質(zhì)的影響。第四章,主要研究了過渡金屬摻雜對ZnS的影響。第五章,主要研究了ZnS納米管及其摻雜的晶格結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、光學性質(zhì)。第六章,分析了不同晶相下ZnS表面結(jié)構(gòu)的晶格結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、光學性質(zhì)。通過研究發(fā)現(xiàn):1.(1)Ag摻雜主要集中在Ag 4d態(tài)對上價帶態(tài)有貢獻,并在鄰近能量零點處出現(xiàn)一個波峰;N摻雜實現(xiàn)了P型摻雜的ZnS,使ZnS的光學性質(zhì)有了極大的改善。(2)Na摻雜實現(xiàn)了P型摻雜的ZnS;光學方面,Na摻雜ZnS和Cl、Na共摻雜ZnS的光吸收邊發(fā)生紅移,而Cl摻雜時發(fā)生明顯的藍移。(3)Ga單摻雜和Ga、O共摻使得能量零點進入導帶底,說明Ga的引入使得Zn S的導電類型為N型。2.過渡金屬TM(Sc、Mn、Mo)摻雜均在費米能級附近形成了多條雜質(zhì)能級,TM摻雜使得費米能級進入導帶,從而形成簡并半導體呈半金屬性;Mn、Mo摻雜后的吸收曲線出現(xiàn)紅移現(xiàn)象,而Sc摻雜出現(xiàn)藍移現(xiàn)象。3.Cl原子的3p態(tài)打破了ZnS納米管價帶頂原有的p-d軌道雜化,同時Cl原子3p態(tài)要比被替換的S原子少一個相對應的電子,因此摻Cl可以在納米管的價帶頂附近引入多余的載流子-空穴,從而實現(xiàn)納米管的P型摻雜。Mn摻雜在費米能級附近形成了多條雜質(zhì)能級,這可能是由于Mn摻雜導致能帶內(nèi)產(chǎn)生新的施主能級。4.ZnS(110)表面結(jié)構(gòu)的禁帶寬度最大,適合做寬禁帶表面結(jié)構(gòu)的器件;ZnS(100)禁帶寬度最小,且導帶底有更加密集的能級,故其導電性最強;三種晶相的ZnS表面結(jié)構(gòu)均對大約在100-300nm的紫外線有較好的吸收能力,其中ZnS(100)表面吸收范圍最廣,而ZnS(111)表面吸收強度最大。
[Abstract]:ZnS is an important direct band-gap semiconductor material in 鈪，

本文編號：2301185