【摘要】：纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO是一種新型的II-VI族氧化物半導(dǎo)體材料,禁帶寬度為3.37 eV,具有高達(dá)60 meV的激子束縛能,低介電常數(shù),環(huán)保價(jià)廉,良好的光電性能和壓電特性,因此ZnO廣泛應(yīng)用于光電器件方面,具有潛在的研究?jī)r(jià)值。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理平面波超軟贗勢(shì)法,研究了本征ZnO體系,Mg、Cd單摻雜與共摻雜ZnO體系,Mg和不同濃度的Cd共摻雜ZnO體系,Cu、Cd單摻雜與共摻雜ZnO體系,從理論角度討論和分析了各體系的晶胞參數(shù),電子結(jié)構(gòu)(包括能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度)和光學(xué)性質(zhì)(包括介電函數(shù)、光吸收譜、反射率和能量損失譜)。研究結(jié)果如下:1、Cd單摻雜ZnO會(huì)使晶胞體積變大,Mg單摻雜ZnO對(duì)體系的體積變化影響小,Mg/Cd共摻雜ZnO中,因Mg原子的摻雜存在,體系的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)更好;除此之外,Mg摻雜會(huì)使ZnO材料在可見(jiàn)光區(qū)域高能區(qū)域的光透性能更好,拓寬了ZnO材料的光譜;Cd摻雜會(huì)使ZnO體系的禁帶寬度減小,體系吸收帶邊發(fā)生明顯的紅移,在可見(jiàn)光區(qū)與高能區(qū)波段光的吸收能力和光的反射作用均下降;研究還發(fā)現(xiàn):Mg和Cd共摻雜ZnO后,材料的透光率均比Mg、Cd單摻ZnO時(shí)材料的透光率高。2、Mg和不同濃度的Cd共摻雜ZnO后,體系的體積隨Cd的摻雜濃度越來(lái)越大,但體系穩(wěn)定性很好,帶隙值越來(lái)越小,說(shuō)明控制Mg和Cd的摻雜濃度可以很好地調(diào)節(jié)ZnO材料的帶隙值范圍,這對(duì)工業(yè)方面研究可控性能材料方面具有很好的參考意義;研究還發(fā)現(xiàn):Mg和不同濃度的Cd共摻雜ZnO,體系的吸收邊明顯出現(xiàn)紅移,在高能區(qū)波段光的吸收和反射作用減弱,而且隨Cd濃度的增加,體系在高能區(qū)波段光的吸收作用和反射率下降更明顯,結(jié)合能量守恒定律,說(shuō)明材料的光透效果增強(qiáng),這在透明材料太陽(yáng)能電池以及紫外激光器件方面有很好的應(yīng)用前景。3、Cu、Cd單摻雜均提高了ZnO的載流子濃度,改善了ZnO的導(dǎo)電性,摻雜體系的帶隙值也均減小;但與Cu、Cd單摻雜相比,Cu和Cd共摻雜ZnO時(shí),體系晶胞結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,帶隙值更小,材料的導(dǎo)電性能更好。光學(xué)性質(zhì)方面:Cd摻雜時(shí),體系的吸收邊發(fā)生紅移,吸收系數(shù)減小;Cu單摻雜ZnO,體系在可見(jiàn)光和紫外波段吸收系數(shù)略微增大。但是當(dāng)Cu和Cd共摻雜ZnO,體系對(duì)光吸收和反射作用下降,而且當(dāng)Cd的摻雜濃度增大時(shí),體系的禁帶寬度越來(lái)越小,對(duì)光的吸收和反射作用下降更明顯;結(jié)合Cu和Cd單摻雜的特性,說(shuō)明當(dāng)Cu和Cd共摻雜ZnO時(shí),控制摻雜Cd的濃度,ZnO材料會(huì)呈現(xiàn)出不同效果的透光性能。因此控制Cu/Cd的比率來(lái)?yè)诫sZnO可用于制作不同效率的光透性材料。
【圖文】：

三種常見(jiàn)的ZnO晶體結(jié)構(gòu)：（a）六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)；（b）六方閃鋅礦結(jié)構(gòu)；（c）四方巖鹽礦結(jié)構(gòu)

本征ZnO（2x2x2）的晶胞結(jié)構(gòu)圖
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O472

【參考文獻(xiàn)】

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1 熊金龍;楊曉紅;;第一性原理研究Cd摻雜對(duì)ZnO電子結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì)的影響[J];人工晶體學(xué)報(bào);2015年11期

2 聞軍;朱柱;;“半導(dǎo)體器件原理”課程教學(xué)中固體能帶理論的應(yīng)用[J];科教文匯(下旬刊);2015年03期

3 何靜芳;鄭樹(shù)凱;周鵬力;史茹倩;閆小兵;;Cu-Co共摻雜ZnO光電性質(zhì)的第一性原理計(jì)算[J];物理學(xué)報(bào);2014年04期

4 蘇蓓蓓;桂青鳳;崔磊;杜亮;潘靖;;Cr-N共摻ZnO體系的電子結(jié)構(gòu)及其光學(xué)性質(zhì)[J];揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年03期

5 桂青鳳;崔磊;潘靖;胡經(jīng)國(guó);;V-N共摻纖鋅礦ZnO光催化性質(zhì)的第一性原理研究[J];物理學(xué)報(bào);2013年08期

6 張風(fēng)芳;;能帶理論(Energy band theory)的概念[J];中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊;2010年24期

7 唐鑫;呂海峰;馬春雨;趙紀(jì)軍;張慶瑜;;Cd摻雜纖鋅礦ZnO電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究[J];物理學(xué)報(bào);2008年02期

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本文編號(hào)：2655381