【摘要】：本論文通過密度泛函理論,對(duì)含有空穴、摻雜金屬原子及存在暴露晶面的閃鋅礦晶胞進(jìn)行理論計(jì)算,研究空穴或者金屬原子摻雜對(duì)閃鋅礦的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響,并預(yù)測不同雜質(zhì)閃鋅礦的浮選和浸出性能。研究發(fā)現(xiàn):空穴和鐵、錳、鍺、銦原子摻雜都會(huì)造成閃鋅礦晶胞的晶胞參數(shù)及體積的變化,使閃鋅礦脫離原有穩(wěn)定結(jié)構(gòu),自由能升高,更加容易瓦解。鋅空穴、硫空穴、鍺原子摻雜均會(huì)使閃鋅礦成為直接帶隙p型半導(dǎo)體,鐵原子摻雜、錳原子摻雜、銦原子摻雜均會(huì)使閃鋅礦成為直接帶隙n型半導(dǎo)體。兩種空穴形式和四種摻雜形式中,除鍺原子摻雜外,費(fèi)米能級(jí)均向右移動(dòng),有利于提高閃鋅礦的給電子能力,有利于閃鋅礦的反應(yīng)過程,鍺原子摻雜使費(fèi)米能級(jí)處出現(xiàn)尖峰,電子活性增大,也有利于閃鋅礦的反應(yīng)歷程。鋅空穴、硫空穴周圍原子活性增大,晶體容易在空穴周圍瓦解;鐵原子、錳原子、銦原子在晶胞中的穩(wěn)定性均小于鋅原子,容易優(yōu)先脫離晶體進(jìn)一步造成晶體瓦解,鍺原子穩(wěn)定性與鋅原子類似。閃鋅礦(110)面弛豫后最外層原子向內(nèi)部位移,次外層原子向外部位移,且最外層的位移較明顯,Zn原子的位移較S原子的位移大,最終形成一個(gè)富S而缺Zn的表面,因此表面S原子更容易被吸附;同時(shí)弛豫后的(110)表面導(dǎo)電性和反應(yīng)能力增強(qiáng),表面原子比體相原子更加活躍,最外層S原子更容易發(fā)生氧化反應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TF813
【圖文】：

每個(gè)Ｚｎ原子或者每個(gè)Ｓ原子的配位數(shù)是４［５５］。晶胞常數(shù)ａ＝ｂ＝ｃ＝０．５４０１ｎｍ，逡逑ａ＝ｐ＝ｙ＝９０°邋0逡逑圖２．１為經(jīng)過幾何優(yōu)化的閃鋅礦晶胞結(jié)構(gòu)，藍(lán)色為鋅原子，黃色為硫原子。經(jīng)過逡逑結(jié)構(gòu)優(yōu)化后閃鋅礦的晶胞常數(shù)為５．４６５人，實(shí)驗(yàn)閃鋅礦晶胞常數(shù)為ａ＝ｂ＝ｃ＝５．４０ｌＡ，與逡逑實(shí)驗(yàn)值誤差為０．９％，在ＧＧＡ－ＰＢＥ允許誤差范圍之內(nèi)，說明計(jì)算所采用的方法和選逡逑取的參數(shù)可靠�？昭ɑ驌诫s時(shí)通過構(gòu)建一個(gè)２ｘ２ｘ２超晶胞模型來模擬閃鋅礦晶胞的逡逑具體情況。計(jì)算空穴對(duì)閃鋅礦晶胞的性質(zhì)影響時(shí)，取消一個(gè)硫原子或者一個(gè)鋅原子。逡逑計(jì)算金屬原子對(duì)閃鋅礦晶胞的性質(zhì)影響時(shí)，用金屬原子替換鋅原子、硫原子或用金逡逑屬原子進(jìn)入晶胞間隙，然后進(jìn)行計(jì)算［５５１。逡逑圖２．１優(yōu)化后的閃鋅礦晶胞逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｏｐｉｔｉｍｉｚｅｄ邋ｃｅｌｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＺｎＳ逡逑２．３閃鋅礦能帶分析逡逑圖２．２為閃鋅礦的能帶結(jié)構(gòu)圖，閃鋅礦的能帶以費(fèi)米能級(jí)Ｅｆ＝０為界限分為上下逡逑兩部分，上部分為未被價(jià)電子占據(jù)的導(dǎo)帶，下部分為被價(jià)電子占據(jù)的價(jià)帶，導(dǎo)帶與逡逑價(jià)帶之間為禁帶

東北大學(xué)碩士學(xué)位論文邐第２章閃鋅礦晶胞及其性質(zhì)逡逑閃鋅礦導(dǎo)帶最低點(diǎn)（ＣＢＭ）和價(jià)帶最高點(diǎn)（ＶＢＭ）都位于布里淵區(qū)高對(duì)稱點(diǎn)Ｇ逡逑點(diǎn)，表明閃鋅礦是直接帶隙半導(dǎo)體。由于直接帶隙半導(dǎo)體電子躍遷前后只有能量變逡逑化，而無位置變化，因此便有更大的幾率將能量以光子的形式釋放出來。費(fèi)米能級(jí)逡逑從價(jià)帶頂部穿過，表明閃鋅礦主要載流子為空穴，屬于ｐ型半導(dǎo)體。逡逑？■？逡逑

Ｆｉｇ．邋３．１邋Ｔｈｅ邋ｓｕｐｅｒｃｅｌｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＺｎＳ邋ｗｉｔｈ邋Ｚｎ邋ｖａｃａｎｃｙ逡逑３．１．２鋅空穴閃鋅礦超晶胞的能帶及態(tài)密度分析逡逑圖３．２為鋅空穴閃鋅礦超胞的能帶圖，空穴的產(chǎn)生對(duì)Ｅｆ＝０附近的能帶結(jié)構(gòu)影響逡逑較大，導(dǎo)致在費(fèi)米能級(jí)附近產(chǎn)生新能級(jí)。費(fèi)米能級(jí)ＥｆＯ進(jìn)入價(jià)帶頂部，導(dǎo)帶最低點(diǎn)逡逑和價(jià)帶最高點(diǎn)都位于布里淵區(qū)高對(duì)稱點(diǎn)Ｇ點(diǎn)，所以鋅空穴閃鋅礦超胞是直接帶隙ｐ逡逑型半導(dǎo)體。逡逑２邐邐一邋＇邋邐邐邐邐＞？逡逑Ｉ逡逑ａＭＳｇｇ－邋－１－１邐ｒ－－—＂邐ＩＩ逡逑，】ｉ邐—＾邐一＾＾邋丨丨圓逡逑ＢＪ邐—邐邐邐邋邐邐邐—邐—逡逑＞邋＾邋－邋＿邋一，．邋一 逡逑？ｒ逡逑？＜逡逑：逡逑？ｉｉ邋｜逡逑■－—Ｊ．＾－？邋邋邋邐ＩＬ￣｜—邐邐邐ｍ－邋￣Ｔ＝—Ｔ￣邐．邐邐邐邐邐邐邐逡逑６邐ｒ邐ｑ邐ｔ邐？逡逑圖３．２鋅空穴超胞能帶結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．邋３．２邋Ｔｈｅ邋ｂａｎｄ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｕｐｅｒｃｅｌｌ邋ｗｉｔｈ邋ｚｉｎｃ邋ｖａｃａｎｃｙ逡逑圖３．３為鋅空穴閃鋅礦超胞的態(tài)密度圖。鋅空穴使閃鋅礦的態(tài)密度減少，同時(shí)鋅空逡逑－２２－逡逑

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本文編號(hào)：2763939