Ag、Ag-N摻雜對ZnO光電性能的影響.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、氧化鋅是一種新型Ⅱ-Ⅵ族化合物,具有無毒無污染、原料豐富易得、制備成本低、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性高等優(yōu)點。氧化鋅的帶隙和激子束縛能較大,在室溫下, ZnO具有3.37eV的直接寬禁帶,60meV的高激子束縛能,在可見光區(qū)域透明,有優(yōu)異的常溫發(fā)光性能,在氣體傳感器、壓敏電阻、液晶顯示器、太陽能電池、紫外半導體激光器、透明導電薄膜以及稀磁半導體等方面具有廣泛的應用前景。
  盡管在國內外對Ag單摻和Ag-N共摻ZnO光電性能影響的研究有

2、一定的進展,但是研究過程中仍存在不足之處。Ag摻雜對 ZnO吸收光譜影響的研究仍存在著分歧,為了解決該問題,采用自旋密度泛函理論(DFT)框架下的廣義梯度近似(GGA+U)的方法,用第一性原理研究了Ag摻雜ZnO體系的電子結構和吸收光譜分布的影響。計算結果表明,當Ag摻雜ZnO的摩爾數為0.0278-0.0417的范圍內,隨著Ag摻雜濃度的增加,摻雜體系晶格常數越增加,體積越增加,總能量越升高,穩(wěn)定性越下降,體系形成能越增加,摻雜越難,

3、帶隙越變窄,吸收光譜分布越紅移,研究發(fā)現,帶隙和吸收光譜發(fā)生分歧的主要原因,除了摻雜濃度外,與摻雜體系的空間尺度有一定的關系。
  為了解決在Ag-N共摻對ZnO性能影響的研究中Ag原子和N原子隨機占位而沒有考慮ZnO的非對稱性的問題,采用基于密度泛函理論框架下的廣義梯度(GGA+U)的方法,對六種相同摻雜方式不同摻雜濃度,以及相同摻雜濃度不同摻雜方式的Ag-N成鍵共摻 ZnO體系超胞模型的能帶結構和態(tài)密度進行了第一性原理計算。計

4、算結果表明,在摻雜濃度相同時,沿垂直于c軸方向Ag-N成鍵共摻體系比沿c軸方向Ag-N成鍵共摻體系更穩(wěn)定,摻雜更容易。在相同摻雜方式不同摻雜濃度時,隨著摻雜濃度的增加,Ag-N成鍵共摻體系穩(wěn)定性下降,摻雜更困難;與純的ZnO單胞相比,沿垂直于c軸方向Ag-N成鍵共摻體系的最小光學帶隙變窄,吸收光譜發(fā)生紅移,隨著摻雜濃度的增加,吸收光譜的紅移越顯著。
  在相同條件下, Ag-N共摻對ZnO電導率影響的結果,存在相悖的問題,為了解決

5、該問題,采用基于密度泛函理論框架下的廣義梯度(GGA+U)的方法,對相同摻雜方式不同摻雜濃度 Ag-N共摻 ZnO體系的能帶結構和態(tài)密度進行了第一性原理計算。計算結果表明,隨摻雜濃度的增加,沿垂直于c軸方向Ag-N成鍵共摻ZnO超胞體系的相對自由空穴濃度增大,價帶頂空穴的有效質量減小,電離能減小,Bohr半徑增大,電導率增大,導電性能增強。
  通過模擬計算研究,獲得了Ag單摻和Ag-N共摻對ZnO的光學和導電性能的可靠數據,解決

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