| 【中文题名】 | ZnO电子结构的第一性原理研究 |
| 【英文题名】 | |
| 【学科专业】 | 材料物理与化学 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-8-8 |
| 【中关键词】 | ZnO,电子结构,第一性原理,掺杂,光学禁带宽度, |
| 【英关键词】 | ZnO,electronic structure,First-Principle,dopant,optical absorption edg, |
| 【分类导航】 | 工业技术>无线电电子学、电信技术>半导体技术>一般性问题>半导体二极管>二极管：按作用分 |
| 【论文摘要】 |
ZnO作为一种新型的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，广泛应用于紫外发光器件、变阻器、表面声波器件、压电传感器、透明电极等领域。ZnO的室温禁带宽度大(3.37eV)，激子束缚能(60meV)高，使得它在光电领域有巨大应用潜力，从而受到了人们的高度重视。
ZnO本征点缺陷机制复杂，目前，对于ZnO的缺陷能级位置和占主导地位的缺陷机制存在广泛的争议；ZnO：Al薄膜已经被广泛的研究，但是对于掺Al机制以及掺Al浓度的影响缺乏理论计算的支持；ZnO受主掺杂困难，受主掺杂的机制还需要更多的理论支持，尤其对于Li-N共掺机制还没有充分的理论研究。本文采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法，通过对电子结构的计算和讨论，研究了ZnO的本征缺陷机制、掺杂改性等性质。主要研究内容及结果如下：
一、计算了理想化学配比ZnO的电子结构，并在此基础上计算了本征缺陷Zn_i、O_i、V_(Zn)V_o对ZnO电子结构的影响。结果表明：ZnO是一种直接禁带半导体材料，导带底和价带顶都位于布里渊区G点处，计算的禁带宽度为1.2eV，比实验值偏低，但是不影响对ZnO电子结构的分析；Zn空位在价带顶引入受主能... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
4-6 |
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ABSTRACT |
6-10 |
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第一章 绪论 |
10-23 |
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1.1 引言 |
10-11 |
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1.2 ZnO的基本性质 |
11-14 |
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1.2.1 ZnO的晶体结构 |
12-13 |
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1.2.2 ZnO的电学性能 |
13 |
|
1.2.3 ZnO的光学性能 |
13-14 |
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1.3 ZnO的缺陷与掺杂 |
14-19 |
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1.3.1 ZnO的本征缺陷 |
14-15 |
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1.3.2 非故意掺杂H对ZnO的影响 |
15-16 |
|
1.3.3 ZnO中的施主掺杂 |
16 |
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1.3.4 ZnO中的受主掺杂 |
16-19 |
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1.4 第一性原理的发展、作用及优点 |
19-21 |
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1.5 本论文的主要内容 |
21-23 |
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第二章 密度泛函基础理论与计算方法 |
23-36 |
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2.1 多电子体系的薛定愕方程 |
23-26 |
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2.1.1 非相对论近似 |
24 |
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2.1.2 Born-Oppenheimer近似 |
24-25 |
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2.1.3 轨道近似 |
25-26 |
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2.2 密度泛涵理论 |
26-29 |
|
2.3 赝势平面波 |
29-32 |
|
2.4 交换-关联能函数近似 |
32-34 |
|
2.4.1 局域密度近似(LDA) |
32-33 |
|
2.4.2 广义梯度近似(GGA) |
33-34 |
|
2.S CASTEP软件包功能特点 |
34-36 |
|
第三章 ZnO中本征点缺陷的理论计算 |
36-44 |
|
3.1 理论模型与计算方法 |
36-37 |
|
3.2 理想化学配比ZnO电子结构的计算 |
37-38 |
|
3.3 本征点缺陷对ZnO电子结构的影响 |
38-43 |
|
3.3.1 ZnO:Zn_i模型的电子结构 |
38-39 |
|
3.3.2 ZnO:O_i模型的电子结构 |
39-41 |
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3.3.3 ZnO:V_(Zn)模型的电子结构 |
41-42 |
|
3.3.4 ZnO:V_O模型的电子结构 |
42-43 |
|
3.4 本章小结 |
43-44 |
|
第四章 ZnO:Al电子结构的理论计算 |
44-53 |
|
4.1 理论模型与计算方法 |
44-46 |
|
4.2 ZnO掺杂机制的计算 |
46-48 |
|
4.2.1 晶胞优化 |
46-47 |
|
4.2.2 电子态密度计算 |
47-48 |
|
4.3 掺Al浓度对电子结构的影响 |
48-52 |
|
4.3.1 晶胞结构参数优化 |
48-49 |
|
4.3.2 掺Al浓度对电子态密度的影响 |
49-52 |
|
4.4 本章小结 |
52-53 |
|
第五章 p型掺杂ZnO电子结构的计算 |
53-64 |
|
5.1 理论模型与计算方法 |
53-55 |
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5.2 ZnO掺Li电子结构的计算 |
55-58 |
|
5.2.1 ZnO:Li_(Zn)电子结构的计算 |
55-57 |
|
5.2.2 ZnO:Li_i电子结构的计算 |
57-58 |
|
5.3 ZnO掺N电子结构的计算 |
58-60 |
|
5.4 Li-N共掺ZnO电子结构的计算 |
60-63 |
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5.4.1 ZnO:Li_(Zn)+N模型电子结构的计算 |
60-62 |
|
5.4.2 ZnO:Li_i+N模型电子结构的计算 |
62-63 |
|
5.5 本章小结 |
63-64 |
|
第六章 结论 |
64-66 |
|
致谢 |
66-67 |
|
参考文献 |
67-72 |
|
攻硕期间取得的研究成果 |
72 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.344697 |
