CdSe摻雜系統(tǒng)電子結構和光學性質的理論研究.pdf

1、近幾十年來，隨著新型半導體光電材料的發(fā)展和應用，Ⅱ-Ⅵ族化合物材料已成為人們研究的熱點問題。硒化鎘(CdSe)是一種性能優(yōu)良的直接帶隙半導體材料，它具有寬的紅外透過波段、高的激光損傷閾值、寬的禁帶、大的非線性系數(shù)和透明波段適宜的雙折射等優(yōu)點。同時，CdSe的化學穩(wěn)定性好、不易潮解、機械強度適中、加工性能好，常被用于制作太陽能電池、激光探測器等。為進一步提高CdSe的應用價值、擴展其應用范圍，有必要對CdSe的光學帶隙進行調節(jié)、改變其導電

2、類型、提高載流子濃度。我們的研究表明，Mg元素摻雜CdSe可以調節(jié)系統(tǒng)的光學帶隙，使其光響應范圍基本覆蓋整個可見光區(qū)；Ag和In摻雜CdSe可以改變其導電類型，提高載流子濃度。我們的結果與實驗符合。
　　 與現(xiàn)代計算機技術相結合的材料設計和材料模擬計算是現(xiàn)代材料科學研究的重要方法之一。本文應用基于密度泛函理論的第一性原理平面波贗勢計算方法對CdSe及其摻雜問題進行了研究。
　　 論文的主要內(nèi)容如下。
　　 (1)

3、介紹了CdSe的結構、基本性質、研究現(xiàn)狀及其應用發(fā)展情況。簡要介紹了密度泛函理論和ABINIT程序包。
　　 (2)研究了不同結構CdSe系統(tǒng)的電子結構和穩(wěn)定性。分別計算了閃鋅礦結構，纖鋅礦結構，巖鹽結構和CsCl結構CdSe的能帶、幾何參數(shù)、電子態(tài)密度和內(nèi)聚能。結果表明，閃鋅礦結構和纖鋅礦結構CdSe為直接帶隙半導體材料；鹽巖結構CdSe為間接帶隙半導體材料；CsCl結構CdSe為半金屬材料。通過對這四種結構CdSe的內(nèi)聚能的

4、比較，發(fā)現(xiàn)閃鋅礦結構和纖鋅礦結構CdSe的穩(wěn)定性好；鹽巖結構和CsCl結構CdSe的穩(wěn)定性相對較差。
　　 (3)研究了Mg摻雜纖鋅礦結構CdSe系統(tǒng)的電子結構和光學性質。研究表明，Cd1-xMgxSe系統(tǒng)的價帶頂主要由Se4p態(tài)決定，其位置基本不隨摻雜濃度改變；導帶底由Se4s態(tài)和Cd5s態(tài)共同決定，并隨摻雜濃度的增加向高能區(qū)移動，結果使得帶隙展寬，系統(tǒng)介電函數(shù)虛部的峰值和折射率實部的峰值向高能區(qū)移動。
　　 (4)研

5、究了Ag、In摻雜閃鋅礦結構CdSe系統(tǒng)的電子結構和光學性質。研究表明，Ag摻雜為p型摻雜，Ag4d電子和Se4p電子軌道雜化，提供受主雜質能級，雜質能級距價帶頂約0.211eV，為深受主能級。In摻雜為n型摻雜，In5s態(tài)提供施主雜質能級，雜質能級位于禁帶的中心附近，為深施主能級。與純CdSe相比，兩種摻雜系統(tǒng)的帶隙均變小，吸收邊都有明顯的紅移。特別地，Ag摻雜系統(tǒng)在2.1eV(590nm)出現(xiàn)了新的吸收峰，在黃光區(qū)的吸收明顯增強，這